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13.5 能量量子化
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。 2.了解普朗克的能量子假设。 3.了解爱因斯坦光子假设。 4.知道原子能级及能级跃迁理论。
知识点一　热辐射
1．热辐射
(1)定义：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。
(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
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，这种物体就叫作黑体。
(2)特点：
①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。
②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。
【温馨提示】一般材料的物体，辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关。
知识点二　能量子
1．普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。
2．能量子：这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3．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＝6.626×10－34 J·s。
4．光子：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，这些能量子被叫作光子。
知识点三　能级
1．定义：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
2．特点
(1)原子处于能量最低的状态，是最稳定的。
(2)原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
(3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
【温馨提示】 (1)能级越低，原子越稳定。
(2)除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级。
【规律探究】
1．对黑体的理解
(1)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)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。
2．一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
3．黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高
①各种波长的辐射强度都有增加；
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。如图所示。
1900年普朗克提出了量子假说，开创了物理学的新纪元。在下列关于学生的宏观概念中，具有量子化特征的是（　　）
A．人数 B．身高 C．动能 D．重力
光谱分析为深入原子世界打开了道路。关于光谱，下列说法正确的是（　　）
A．原子发射连续光谱是因为电子绕原子核运动的变化是连续的
B．玻尔的原子理论能成功的解释各种原子光谱的实验规律
C．原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应
D．进行光谱分析时，可以用连续谱，也可以用线状谱
能正确解释黑体辐射实验规律的是（　　）
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．以上两种理论体系任何一种都能解释
D．牛顿提出的能量微粒说
关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　）
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是（　　）
A．亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光
B．有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级
C．核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱
D．光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续
对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是（　　）
A．温度 B．材料 C．表面状况 D．质量
处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子的总能量增加
B．电子的动能增加
C．氢原子的电势能减小
D．电子绕核旋转半径减小
一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中（　　）
A．原子发出一系列频率的光子
B．原子要吸收一系列频率的光子
C．原子要吸收某一频率的光子
D．原子要辐射某一频率的光子
下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射只与温度有关
B．改变放射性物质的温度或者压强，可以改变其半衰期
C．连续谱也可用于光谱分析
D．有的原子的发射光谱是线状谱，有的原子的发射光谱是连续谱
下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（　　）
A． B．
C． D．
黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是（　　）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．黑体是真实存在的
B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D．黑体辐射无任何实验依据13.5 能量量子化
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。 2.了解普朗克的能量子假设。 3.了解爱因斯坦光子假设。 4.知道原子能级及能级跃迁理论。
知识点一　热辐射
1．热辐射
(1)定义：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。
(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
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，这种物体就叫作黑体。
(2)特点：
①黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。
②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。
【温馨提示】一般材料的物体，辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关。
知识点二　能量子
1．普朗克的假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。
2．能量子：这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3．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＝6.626×10－34 J·s。
4．光子：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，这些能量子被叫作光子。
知识点三　能级
1．定义：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
2．特点
(1)原子处于能量最低的状态，是最稳定的。
(2)原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。
(3)原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
【温馨提示】 (1)能级越低，原子越稳定。
(2)除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能跃迁到高能级。
【规律探究】
1．对黑体的理解
(1)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)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。
2．一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
3．黑体辐射的实验规律
(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。
(2)随着温度的升高
①各种波长的辐射强度都有增加；
②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。如图所示。
1900年普朗克提出了量子假说，开创了物理学的新纪元。在下列关于学生的宏观概念中，具有量子化特征的是（　　）
A．人数 B．身高 C．动能 D．重力
【解答】解：普朗克提出了量子假说，认为电磁辐射的能量是不连续的，是一份一份的，电磁辐射的能量是每一份能量的整数倍。这就是量子化的概念，由此来判定宏观概念中是否具有量子化特征。
A、人的个数是属于“不连续的，一份一份”的，具有量子化特征，故A正确；
BCD、人的身高、物体的动能、重力都是连续变化的，不具有量子化特征，故BCD错误。
故选：A。
光谱分析为深入原子世界打开了道路。关于光谱，下列说法正确的是（　　）
A．原子发射连续光谱是因为电子绕原子核运动的变化是连续的
B．玻尔的原子理论能成功的解释各种原子光谱的实验规律
C．原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应
D．进行光谱分析时，可以用连续谱，也可以用线状谱
【解答】解：A．电子绕原子核运动的变化都是不连续的，故A错误；
B．玻尔原子理论仅能成功的解释氢原子光谱的实验规律，故B错误；
C．原子都是由原子核和电子组成的，但不同原子的原子结构不同，各种原子的原子光谱都有各自的特征谱线，原子吸收光谱中的每一条暗线都跟这种原子的发射光谱中的一条亮线相对应，故C正确；
D．只有线状谱和吸收光谱与原子的结构有关，可以用来鉴别物质，故D错误。
故选：C。
能正确解释黑体辐射实验规律的是（　　）
A．能量的连续经典理论
B．普朗克提出的能量量子化理论
C．以上两种理论体系任何一种都能解释
D．牛顿提出的能量微粒说
【解答】解：黑体辐射实验规律：黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故B正确，ACD错误；
故选：B。
关于对黑体的认识，下列说法正确的是（　　）
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
【解答】解：A、能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故A错误；
BC、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射电磁波的强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误，C正确；
D、射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体，故D错误。
故选：C。
如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是（　　）
A．亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光
B．有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级
C．核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱
D．光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续
【解答】解：AD、根据玻尔理论得知，辐射的光子频率满足hv＝Em﹣En，则氢原子的能量不连续的，辐射的光子的能量是不连续的，因此辐射的光子频率也不连续，那么对应的光子波长也不连续，则故D正确，A错误；
B、电子在能级之间跃迁从而释放能量，对应的是光谱线，故B错误；
C、根据玻尔理论得知，氢原子有这种分立的光谱，故C错误。
故选：D。
对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是（　　）
A．温度 B．材料 C．表面状况 D．质量
【解答】解：一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关；但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，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A正确，B、C、D错误；
故选：A。
处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子的总能量增加
B．电子的动能增加
C．氢原子的电势能减小
D．电子绕核旋转半径减小
【解答】解：ABD．氢原子吸收一个光子后，能量增加，从低能级向高能级跃迁能级增加，轨道半径增大，根据，解得核外电子动能知动能减小，故BD错误，A正确；
C．因为原子能量等于电势能和电子动能之和，因为能量增大，动能减小，则电势能增大，C错误。
故选：A。
一个氢原子中的电子从一半径为ra的轨道自发地直接跃迁至另一半径为rb的轨道，已知ra＞rb，则在此过程中（　　）
A．原子发出一系列频率的光子
B．原子要吸收一系列频率的光子
C．原子要吸收某一频率的光子
D．原子要辐射某一频率的光子
【解答】解：因为ra＞rb．一个氢原子中的电子从半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，能量减小，向外辐射光子。因为能极差一定，只能发出特定频率的光子。故D正确。A、B、C错误。
故选：D。
下列说法正确的是（　　）
A．黑体辐射只与温度有关
B．改变放射性物质的温度或者压强，可以改变其半衰期
C．连续谱也可用于光谱分析
D．有的原子的发射光谱是线状谱，有的原子的发射光谱是连续谱
【解答】解：A、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，故A正确；
B、放射性元素的半衰期与温度或者压强无关，由原子核内部因素决定，故B错误；
C、明线光谱和吸收光谱都是元素的特征光谱，光谱分析时，既可用明线光谱也可用吸收光谱，故C错误；
D、各种原子的发射光谱都是线状谱，线状谱是原子的特征谱线，故D错误；
故选：A。
下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：BD、黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故B、D错误。
AC、黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故C错误、A正确。
故选：A。
黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是（　　）
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
【解答】解：AB、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大。故A正确，B错误。
CD、随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，反之，随着温度的降低，黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故CD正确。
本题选说法错误的
故选：B。
关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A．黑体是真实存在的
B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D．黑体辐射无任何实验依据
【解答】解：A、黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但能100%地吸收是理论上的，现实中没有可以对电磁波进行100%吸收的，故不是真实存在，故A错误。
B、普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，课本上介绍的。故B正确。
C、普朗克通过研究黑体辐射得出结论：黑体辐射随着波长越短，温度越高，辐射越强，辐射的各波长强度都会增强。故C错误。
D、黑体辐射是有实验依据的，普朗克就是把他的理论与实验数据做的对比，故D错误。
故选：B。

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