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人教版（2019）物理必修三
13.5 《能量量子化》教学设计
课题 13.5 《能量量子化》
教学目标 1.知识与能力目标（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）知道原子能级及能级跃迁理论2.情感目标通过对热辐射、黑体、黑体辐射、能量子等概念的了解，让学生感悟以实验为基础的科学探究方法。
教学重点 知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念了解普朗克的能量子假设
教学难点 了解普朗克的能量子假设知道原子能级及能级跃迁理论
新知讲解 1.热辐射定义：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，所以叫热辐射。特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。2.黑体定义：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。黑体辐射特点：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。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。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。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。3.能量子定义：普朗克认为，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，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。能量子大小：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(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。有关能量子问题的解题技巧熟练掌握能量子的计算公式：把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε能量量子化能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续的。爱因斯坦把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的，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。这些能量子后来被叫作光子。在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。4.能级定义：原子量子化的能量值。原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。原子光谱的谱线是一些分立的亮线。
随堂、课后巩固练习题根据教学过程中的实际效果，对《13.5 能量量子化同步练习题》进行选择
板书设计
教学总结及反思
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能量量子化
高中物理 / 人教版（2019） / 必修三/第十三章
目 录：
01
学习目标
02
新课导入
03
新课探究
热辐射
黑体
能量量子化
能级迁跃
04
课堂小结
05
课堂练习
06
课后作业
01
02
03
了解普朗克的能量子假设
知道原子能级及能级跃迁理论
知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念
学习目标
热辐射
定义：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，所以叫热辐射。
特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。
新知探究
黑 体
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。
黑体辐射特点：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。
新知探究
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。
黑 体
新知探究
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。
黑 体
新知探究
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。
新知探究
能量子
定义：普朗克认为，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，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
能量子大小：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(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
新知探究
有关能量子问题的解题技巧
熟练掌握能量子的计算公式：
把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε
新知探究
能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续的。爱因斯坦把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的，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。这些能量子后来被叫作光子。
能量量子化
新知探究
在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
能量量子化
新知探究
能 级
定义：原子量子化的能量值。
原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。
原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。
原子光谱的谱线是一些分立的亮线。
新知探究
课堂小结
1．以下说法中正确的是( )
A．一切物体都在进行着热辐射
B．只有高温物体才进行热辐射
C．严冬季节里物体不发生热辐射
D．以上说法都有可能
课堂练习
A
【答案】A
【详解】一切有温度的物体都在不停地电磁辐射，辐射红外线，不是只有高温物体才进行热辐射，也不是严冬季节里物体不发生热辐射，故A正确，BCD错误；故选A
课堂练习
2．（多选）下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关
C．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
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
ACD
课堂练习
【答案】ACD
【详解】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，所以叫做热辐射，故A正确，B错误；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C正确；如果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，故D正确。
课堂练习
3．（多选）下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的（ ）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体热辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何规律
AB
课堂练习
【答案】AB
【详解】黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，选项A正确；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确，CD错误
课堂练习
4．对应于3.4×10-19的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）
【答案】5.13×1014，5.85×10-7
【详解】能量子与频率的关系为E=hν；解得其电磁辐射的频率为
频率与波长的关系为
解得其电磁辐射的波长为
课堂练习
5．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）
A．原子要发出一系列频率的光子
B．原子要发出某一频率的光子
C．原子要吸收一系列频率的光子
D．原子要吸收某一频率的光子
B
课堂练习
【答案】B
【详解】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．因为能级差一定，只能发出特定频率的光子，故B正确，ACD错误
课堂练习
完成《13.5 能量量子化同步练习题》
课后作业中小学教育资源及组卷应用平台
13.5 能量量子化同步练习
1．（多选）关于热辐射，下列说法正确的是（ ）
A．物体在室温下辐射的主要成分是波长较短的电磁波
B．随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多
C．给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色
D．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性
2．以下说法中正确的是( )
A．一切物体都在进行着热辐射 B．只有高温物体才进行热辐射
C．严冬季节里物体不发生热辐射 D．以上说法都有可能
3．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（ ）
A．温度高的物体向外辐射电磁波，温度低的物体只吸收不辐射的电磁波
B．爱因斯坦为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”
C．黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关
D．常温下我们看到物体是因为物体在不断辐射电磁波
4．（多选）下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关
C．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
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
5．（多选）下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的（ ）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体热辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何规律
6．（多选）在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低
D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
7．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）
8．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为p ，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为( )
A． B． C． D．
9．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（ ）
A．物体的质量 B．物体所受的力 C．导体中的电流 D．东北虎的个数
10．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 （　　）
A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光
11．光子的能量与其（ ）
A．频率成正比 B．波长成正比
C．速度成正比 D．速度平方成正比
12．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体上的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5：4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为
A．4：5　4：5 B．5：4　4：5
C．4：5　5：4 D．5：4　5：4
13．（多选）原子的能量量子化现象是指( )
A．原子的能量是不可改变的
B．原子的能量与电子的轨道无关
C．原子的能量状态是不连续的
D．原子具有分立的能级
14．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）
A．原子要发出一系列频率的光子 B．原子要发出某一频率的光子
C．原子要吸收一系列频率的光子 D．原子要吸收某一频率的光子
15．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中( )
A．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大
B．原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小
C．原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小
D．原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大
13.5 能量量子化同步练习答案解析
1 【答案】BCD
【详解】物体在室温下辐射的主要成分是波长较长的电磁波以不可见的红外光为主，故A错误；随着温度的升高，热辐射中波长较短的成分越来越多，故B正确；给一块铁块加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，故C正确；辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性，故D正确。
2 【答案】A
【详解】一切有温度的物体都在不停地电磁辐射，辐射红外线，不是只有高温物体才进行热辐射，也不是严冬季节里物体不发生热辐射，故A正确，BCD错误；故选A.
3 【答案】C
【详解】温度高的物体和温度低的物体都向外辐射电磁波，选项A错误；普朗克为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”，选项B错误；黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关，选项C正确；常温下我们看到物体是因为物体在不断反射可见光，不是物体辐射电磁波，选项D错误
4 【答案】ACD
【详解】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，所以叫做热辐射，故A正确，B错误；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C正确；如果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，故D正确。
5 【答案】AB
【详解】黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，选项A正确；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确，CD错误
6 【答案】AD
【详解】不同温度的物体向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的，温度越高向外辐射的能量中，频率小的波越多，所以T1＞T2，故A正确，B错误；向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，故C错误；由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动，故D正确
7 【答案】，
【详解】能量子与频率的关系为；解得其电磁辐射的频率为
频率与波长的关系为
解得其电磁辐射的波长为
8 【答案】A
【详解】每个光子的能量为；设每秒激光器发出的光子数是n，则联立可得；故选A。
9 【答案】D
【详解】所谓“量子化”，一定是不连续的，是一份一份的，所以D正确；ABC错误；
10 【答案】A
【详解】红、橙、黄、绿四种单色光中，红光的波长最大，频率最小，根据知，红光的光子能量最小。
11 【答案】A
【详解】根据可知，光子的能量与频率成正比，波长成反比；光子的速度为c，为定值
12 【答案】C
【详解】两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5：4，根据E=NE0可得光子能量之比为4：5；再根据，光子能量与波长成反比，故光子波长之比为5：4，故C正确，ABD错误
13 【答案】CD
【详解】原子中电子轨道是量子化的，且原子的能量也是量子化，即原子的能量状态是不连续的、具有分立的能级，故选项CD正确。
14 【答案】B
【详解】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．因为能级差一定，只能发出特定频率的光子，故B正确，ACD错误
15 【答案】D
【详解】从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，原子要吸收光子，能级增大，总能量增大，根据知，电子的动能减小，则电势能增大；
A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，与结论不相符，选项A错误；
B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，与结论不相符，选项B错误；
C. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，与结论不相符，选项C错误；
D. 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，与结论相符，选项D正确
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13.5 能量量子化
学习目标
（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）知道原子能级及能级跃迁理论
1.热辐射
定义：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，所以叫热辐射。
特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。
2.黑体
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。
黑体辐射特点：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。
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。
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。
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。
3.能量子
定义：普朗克认为，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，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
能量子大小：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(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
有关能量子问题的解题技巧
熟练掌握能量子的计算公式：
把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε
能量量子化
能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续的。爱因斯坦把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的，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。这些能量子后来被叫作光子。
在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
4.能级
定义：原子量子化的能量值。
原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。
原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。
原子光谱的谱线是一些分立的亮线。
5.课堂小结
6.随堂练习
1．以下说法中正确的是( )
A．一切物体都在进行着热辐射 B．只有高温物体才进行热辐射
C．严冬季节里物体不发生热辐射 D．以上说法都有可能
【答案】A
【详解】一切有温度的物体都在不停地电磁辐射，辐射红外线，不是只有高温物体才进行热辐射，也不是严冬季节里物体不发生热辐射，故A正确，BCD错误；故选A.
2．（多选）下列关于热辐射和黑体辐射的说法正确的是（ ）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的强度与温度无关
C．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
D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
【答案】ACD
【详解】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，所以叫做热辐射，故A正确，B错误；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C正确；如果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，故D正确。
3．（多选）下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的（ ）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体热辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何规律
【答案】AB
【详解】黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，选项A正确；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B正确，CD错误
4．对应于的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留3位有效数字）
【答案】，
【详解】能量子与频率的关系为；解得其电磁辐射的频率为
频率与波长的关系为
解得其电磁辐射的波长为
5．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中（ ）
A．原子要发出一系列频率的光子 B．原子要发出某一频率的光子
C．原子要吸收一系列频率的光子 D．原子要吸收某一频率的光子
【答案】B
【详解】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．因为能级差一定，只能发出特定频率的光子，故B正确，ACD错误
7.课后作业
完成《13.5 能量量子化同步练习题》
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