人教版高中物理必修三第十三章电磁感应与电磁波初步 5能量量子化.pdfVIP

5．能量量子化

【课程标准】

1.知道光的能量是不连续的。

2．初步了解微观世界的量子化特征。

【素养目标】

1．了解黑体、黑体辐射和能量子概念。(物理观念)

2．知道光能量是不连续的，了解能量子概念建立的过程。(科学思维)

一、热辐射

1．热辐射：

我们周围的一切物体都在辐射电磁波。这种辐射与物体的温度有关，所以叫作

热辐射。物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越

强。

2．黑体：

(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种

物体就是绝对黑体，简称黑体。

(2)黑体辐射的实验规律：

黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的

温度有关。

3．热辐射的原因：物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生

变化的电磁场，从而产生电磁辐射。

把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升

高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直

至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？

-1-

提示：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

二、能量子

1．普朗克的假设：

振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。即能的辐射或者吸收

只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

2．能量子公式：

ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。h＝6.626×10－34Js·。(一般

取h＝6.63×10－34Js·)

3．能量的量子化：

在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫

能量的量子化。

4．普朗克理论：

(1)借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与

实验符合之好令人击掌叫绝。

(2)普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统

观念，成为新物理学思想的基石之一。

5．光子说：

(1)爱因斯坦认为电磁场本身就是不连续的。

(2)光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，

h为普朗克常量。

三、能级

1．定义：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量叫作能级。

2．能级跃迁：

(1)通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。

(2)把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作跃迁。

(3)处于高能级的原子，自发地向低能级跃迁时放出光子，原子从高能级向低能

级跃迁时放出光子的能量，等于前后两个能级之差。

3．原子光谱：由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，

因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。

-2-

学习能量量子化后，我们分析判断下列哪些说法是正确的？

①能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。

②温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。

③微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。

④能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。

⑤光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的。

⑥热辐射电磁波的强度按波长的分布只与物体的温度有关。

⑦一切物体都辐射电磁波，这种辐射与温度无关。

说法正确的有①②③④。

一、对黑体及黑体辐射的理解(物理观念——物质观念)

一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把

窗内的亮度与楼外墙的亮度相比。你会发现什么？为什么？

提示：会发现窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比暗得多。这是因为经窗口射入

室内的光线，大部分要在室内经过多次反射，才可能有机会射出窗口，在多次

反射的过程中，大部分光线被吸收掉，能从窗口射出的光线很少。

1．对黑体的理解：

绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果

在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次

反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。

2．一般物体与黑体的比较：

-3-

热辐射特点吸收、反射特点

辐射电磁波的情况与温度有既吸收又反射，其能力与材