17.1 能量量子化
能量的量子化
能量的量子化
能量的量子化是指能量在某些情况下只能取离散的值，而不能取任意值。
这种现象是由于能量与波长之间存在一个固定的关系，即普朗克
常数h。
根据这个关系，能量E等于普朗克常数h乘以频率f，即
E=h*f。
这个公式表明，当频率f取某些特定值时，能量E只能取相应的离散值。
这些特定的频率被称为共振频率，对应的能量被称为共振能级。
在这些共振能级之间，能量是连续变化的。
例如，在氢原子中，电子围绕原子核运动时会发射或吸收光子。
当电
子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，会发射出一定波长的
光子；当电子从一个较低的能级跃迁到一个较高的能级时，则会吸收
一定波长的光子。
这些波长与氢原子中电子所处的不同共振能级有关。
除了氢原子外，其他原子、分子和凝聚态物质也存在着类似于氢原子
中电子跃迁现象。
因此，在研究这些物质的能级结构、光谱等方面，
能量的量子化是一个非常重要的概念。
总之，能量的量子化是指在某些情况下，能量只能取离散的值，而不
能取任意值。
这种现象是由于能量与波长之间存在一个固定的关系，
即普朗克常数h。
在氢原子和其他物质中，能量的量子化对于研究其能级结构、光谱等方面具有重要意义。
能量量子化原理
能量量子化原理
能量量子化原理是量子力学的基本原理之一，描述了能量在微观尺度上的离散性质。
根据该原理，在微观世界中，能量并不是连续的，而是以离散的形式存在。
换句话说，能量的取值只能是一些特定的数值，称为能量量子。
这些能量量子间的差异决定了不同物理系统中的能量级别。
能量量子化原理最早是由普朗克在20世纪初提出的，他通过研究黑体辐射现象发现，能量的吸收和辐射只能以最小单位量子的形式进行。
具体来说，能量E的取值只能是E = nhν，其中n是一个整数（称为量子数），h是普朗克常数，ν是辐射频率。
根据能量量子化原理，能量在系统中的变化是通过吸收或发射整数个能量量子来实现的。
例如，在原子结构中，电子的能级变化由吸收或发射光子来完成，而光子的能量正是能量量子化的体现。
能量量子化原理的引入使得量子力学能够解释许多实验现象，例如原子光谱，电子的行为等。
它的提出也推动了量子力学的发展，为我们对微观世界的理解提供了重要的基础。
新人教版选修3-5《171_能量量子化》课时训练物理试卷有答案
新人教版选修3-5《17.1 能量量子化》课时训练物理试卷一、黑体与黑体辐射第十七章波粒二象性第1节能量量子化1. 黑体：是指能够________吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
2. 热辐射：周围的一切物体都在辐射________，这种辐射与物体的________有关。
3. 黑体辐射的实验规律（1）一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与________有关外，还与材料的种类及表面状况有关。
（2）黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关，如图所示。
①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都________；②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长________的方向移动。
二、能量子定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的________。
即：能的辐射或者吸收只能是________。
这个不可再分的最小能量值ε叫做________。
能量子大小ε＝ℎν，其中ν是电滋波的频率，ℎ称为________常量。
ℎ＝________J⋅s （一般取ℎ＝6.63×10−34J⋅s）。
能量的量子化在微观世界中微观粒子的能量是________的，或者说微观粒子的能量是________的。
这种现象叫能量的量子化。
【概念规律练】关于热辐射，下列说法中正确的是（）A.一切物体都在辐射电磁波B.任何物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.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D.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波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黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知（）A.随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B.随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加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已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为ℎ，则电磁辐射的能量子ε的值为（）A.ℎcλB.ℎλC.cℎλD.以上均不正确神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量ℎ＝6.63×10−34J⋅s，则该紫外激光所含光子数为（）A.2.1×1021个B.4.2×1021个C.2.1×1015个D.4.2×1015个一、【方法技巧练】利用能量子的关系式求解有关问题氦-氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为（）A.2.2×1015B.3.2×1015C.2.2×1014D.3.2×1014小灯泡的功率P＝1W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10−6m，求在距离d＝1.0×104m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1cm2的球面上的光子数是多少？(ℎ＝6.63×10−34J⋅s)课后巩固练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下列说法正确的是（）A.微观粒子的能量变化是跳跃式的B.能量子与电磁波的频率成正比C.红光的能量子比绿光大D.电磁波波长越长，其能量子越大红、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.绿光单色光从真空射入玻璃时，它的（）A.波长变长，速度变小，光量子能量变小B.波长变短，速度变大，光量子能量变大C.波长变长，速度变大，光量子能量不变D.波长变短，速度变小，光量子能量不变关于光的传播，下列说法中正确的是（）A.各种色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同B.各种色光在真空中频率不同，同一色光在各种介质中频率相同C.同一色光在各种介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同D.各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比任何介质中波长都长对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是（）A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是（）A.太阳光是由各种单色光组成的复色光B.在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为红光C.在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为紫光D.组成太阳光的各单色光的能量都相同在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成生物链，在维持生态平衡方面发挥重要作用，蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的，假设老鼠的体温约37∘C，它发出的最强的热辐射的波长为λ(m)，根据热辐射理论，λ(m)与辐射源的绝对温度的关系近似为Τλ＝2.90×10−3m⋅K．老鼠发出最强的热辐射的波长为（）A.7.9×10−5mB.9.4×10−6mC.1.16×10−4mD.9.7×10−8m由能量的量子化假说可知，能量是一份一份的而不是连续的，但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低，为什么不是一段一段的而是连续的，试解释其原因。
高中物理选修3-5优质课件：17.1 能量量子化
钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速
为3×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是
√A.2.3×10－18 W
C.7.0×10－10 W
B.3.8×10－19 W D.1.2×10－18 W
解析 察觉到绿光所接收的最小功率 P＝Et ，
√D.辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动 图3
提示 熟记黑体辐射的实验规律并结合图线变化分析判断此类问题.由辐射强度随波 长的变化关系图象可知，温度升高时各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的 极大值向波长较短的方向移动.
针对训练1 关于对黑体的认识，下列说法正确的是 A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 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
123
THANKS
即学即用
判断下列说法的正误. (1)黑体一定是黑色的物体.( × ) (2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.( √ ) (3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大.( √ ) (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)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，与材料的种类及表面 状况无关.( √ )
重点探究
启迪思维 探究重点
02
一 黑体与黑体辐射
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1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.
图1
2.一般物体与黑体的比较
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
专题17.1能量量子化-2017年高中物理全国名卷试题分章节汇编(选修3-5)(Word版含解析)
一、单选题1．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表示普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为()A. pchλB.hcλC.phcλD.chpλ【答案】 C【解析】每个光子的能量为：E=hγ=h cλ，设每秒（t=1s）激光器发出的光子数是n，则：Pt=nE，即：P=nh cλ，得：n=Phcλ；故C正确，ABD错误；故选C．2．下列宏观概念是“量子化”的是（）A. 物体的质量B. 木棒的长度C. 花生米的粒数D. 物体的动能【答案】 C【解析】粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的．其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的．故只有C正确；故选C．点睛：量子化在高中要求较低，只需明确量子化的定义，知道“量子化“指其物理量的数值会是一些特定的数值即可．3．历史上很多物理学家对物理学的发展做出了重要的贡献，下面有关描述符合物理学史实的是A. 麦克斯韦用实验证实了电磁波的存在，开创了现代通信技术B. 爱因斯坦创立了狭义相对论，颠覆了人类固有的时空观C. 查德威克发现了电子，揭开了人类探究原子结构的序幕D. 德布罗意提出能量子假说，一举解决了经典理论在黑体辐射上遇到的困难【答案】 B4．关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图中正确的是A. B.C. D.【答案】 B点睛：解决本题的关键知道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．5．关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是（）A.B.C.D.【答案】 B【解析】根据黑体辐射的实验规律：随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故图线不会有交点，选项C、D错误。
另一方面，辐射强度的极大值会向波长较短方向移动，选项A错误，B正确。
6．(2006·全国卷1)红光和紫光相比( )A. 红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B. 红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C. 红光光予的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D. 红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小【答案】 B【解析】红光与紫光相比，红光波长较长、频率较低、光子能量较低、在同种介质中传播速度较快，正确答案为B。
2024高中物理能量量子化教案多篇
2024高中物理能量量子化教案精选多篇教案第一章：能量量子化的概念引入一、教学目标1. 让学生了解能量量子化的基本概念。
2. 让学生理解能量量子化与经典物理的差异。
3. 引导学生思考能量量子化在现代物理学中的应用。
二、教学内容1. 能量量子化的定义。
2. 能量量子化与经典物理的比较。
3. 能量量子化在现代物理学中的应用。
三、教学过程1. 导入：通过经典物理中的波动方程引出能量量子化的概念。
2. 讲解：详细讲解能量量子化的定义，以及与经典物理的区别。
3. 讨论：让学生思考能量量子化在现代物理学中的应用，如量子力学、量子计算等。
四、作业布置1. 复习能量量子化的概念。
2. 思考能量量子化在现代物理学中的应用。
教案第二章：能量量子化的数学表达一、教学目标1. 让学生掌握能量量子化的数学表达式。
2. 让学生理解能量量子化数学表达式的物理意义。
二、教学内容1. 能量量子化的数学表达式。
2. 能量量子化数学表达式的物理意义。
三、教学过程1. 导入：通过上一章的内容，引导学生进一步探究能量量子化的数学表达。
2. 讲解：详细讲解能量量子化的数学表达式，以及其物理意义。
3. 练习：让学生通过例题练习，加深对能量量子化数学表达式的理解。
四、作业布置1. 熟记能量量子化的数学表达式。
2. 理解能量量子化数学表达式的物理意义。
教案第三章：能量量子化的实验验证一、教学目标1. 让学生了解能量量子化的实验验证方法。
2. 让学生通过实验观察能量量子化的现象。
二、教学内容1. 能量量子化的实验验证方法。
2. 能量量子化实验的操作步骤。
三、教学过程1. 导入：通过讲解能量量子化的理论，引导学生关注能量量子化的实验验证。
2. 讲解：详细讲解能量量子化的实验验证方法，以及实验操作步骤。
3. 实验：让学生在实验室进行能量量子化实验，观察能量量子化的现象。
四、作业布置1. 复习能量量子化的实验验证方法。
2. 思考能量量子化实验的观察现象。
人教版高二物理选修3-5 17.1 能量量子化
一、黑体与黑体辐射（量子力学的萌芽）
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，所以叫热辐射。 (2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2．黑体
(1)定义：如果某种物体在任何温度下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)黑体辐射的特征：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)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。
类型二
3、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温
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
(D )
解析：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AC错误。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B错误，D正确。
二、黑体辐射的实验规律
1、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，如图所示。 (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)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值 向波长较短的方向移动。
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体 温度，这是根据黑体辐射与温度有关
四、爱因斯坦的光子
光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不
第十七章 波粒二象性知识总结
第十七章 波粒二象性 17.1能量量子化一、黑体与黑体辐射 1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫热辐射．(2)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(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．想一想 在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？答案 在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关． 二、黑体辐射的实验规律1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型． 三、能量子1．定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子．注意：带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的2．大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h 是普朗克常量，数值h ＝6.626×10－34J ·s(一般h 取6.63×10－34 J ·s)．其中ν ＝ cλ 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．17.2光的粒子性一、光电效应（光电效应证明了光的粒子性）1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中发射出来的电子． （1）光电效应的实质：光现象――→转化为电现象． （2）光电效应中的光包括不可见光和可见光．（3）光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子．光电子的能量只与入射光的频率有关，与光的强度无光。
17.1 自由电子气体模型
dN
N
F
0
3
F3
3d
3 4
F
单位体积内, 能量区间 E~E+dE 内的状态数
dNE g(E)dE V
g(E)
dNE VdE
(2me )3/2
2 2 3
E1/2
-- 态密度
电子是按能量规则地从低向高排布， 一个态一个电子（泡利不相容原理）
能量区间 E~E+dE 电子数密度
金属自由电子气体模型
平均场近似下，金属原子的价电子是在均
匀的势场中运动，金属表面对电子可近似看作 无限高势垒。(功函数远大于电子动能)
这些价电子称为自由电子。
U
0
内部 外部
如果考虑立方体形状，N个自由电子好象 是装在三维盒子里的气体。
L L
每个电子都要满足驻波条件
L
nx 2
x
kxL nx
dN E V
g(E)dE 0
E EF E EF
小于费米能量，电子数 = 状态数 小于费米能量态，电子占据几率 1
大于费米能量态，电子占据几率 0
f(E) 1
T=0
0 系统 T = 0
EF E
编者： 安宇
§1 自由电子气体按能量的分布
金属中的电子受到周期排布的晶格上离子 库仑力的作用。
一晶 维格 晶、 体点
阵
U(x)
21
21
考虑电子受离子与其它电子的(2) 电子的运动有隧道效应
(1) 蕊电子 (2) 价电子
价电子的势垒穿透概率较大 在整个固体中运动, 称为共有化电子
(2,1,1) (1,2,1) (1,1,2)
17.1能量量子化
课堂学习流程设计
【课程导学】
【范例精析】
达标检测
A类
1
关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有( )
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
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
17.1能量量子化
学习目标
1、了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射
2、了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系
3、了解能量子的概念
学习重难点
重点：能量子的概念
难点：黑体辐射的实验规律
学法指导
预习评价
黑体与黑体辐射
1．热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波．这种辐射与物体的_____有关，所以叫做热辐射．
2．黑体：某种物体能够______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．
黑体辐射的实验规律
1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与______有关外，还与材料的种类及表面状况有关．
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．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有________．另一方面，辐射强度的极大值向波长较____的方向移动．
D．黑体辐射无任何实验
2
能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10—18J，已知可见光的平均波长约为60μm，普朗克常量丸：6．63 x10—34J·s，则进人人眼的光子数至少为( )
A．1个B．3个C .30个D．300个
3
某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求：
17 波粒二象性复习
量守恒定律仍然是成立的!
17.3
粒子的波动性
一、光的波粒二象性
光子的能量： h
光子的动量：P h
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
二、粒子的波动性
德布罗意提出：实物粒子也具有波动性。 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波
(物质波或概率波),其波长称为德布罗意波长。
物质波：任何一个运动着的物体都有一种波与它对
x
p
o a
1
光强
y b
不确定关系
1.能否同时精确测出微粒的位置和动量？
微观粒子的位置和动量不能同时确定，若位置的
不确定量减小了，动量的不确定量就会增大；若粒子 有确定的动量，其位置就完全不确定。
2.不确定关系——海森堡
若用△x表示位置的不确定量，用△p表示粒子在x方 向上的动量的不确定量，则△x △p≥h/4π
二、概率波
光是一种概率波：
光子在某位置出现的概 率大，对大量光子来说 达到该位置的光子数多， 该位置出现明条纹; 反 之出现暗条纹。
⑴不能确定某时刻某个光子落在哪个位置 ⑵光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在 空间出现的概率可通过波动的规律确定。 波动性是光子自身固有的性质
三、不确定关系
开水向外辐射的每一份能量子能量很小（微观 量），而水降低1oC释放的能量很大（宏观量）， 由于温度计的精度不够，所以观察到的温度不是 一段一段地降低的。
某种电磁波的波长为400nm，则这种电磁波 辐射的能量子ε的值是多少？
ε=hν=hc/λ
第十七章
波粒二象性
17.2
光的粒子性
光电效应的实验规律
锌板在射线照射下失去电子而带正电。
二、光电效应的实验规律 光电效应：
能量量子化(精华版)
目
CONTENCT
录
• 引言 • 能量量子化的基本概念 • 能量量子化的物理意义 • 能量量子化的应用 • 结论
01
引言
什么是能量量子化
• 能量量子化是物理学中的一个概念，指的是能量不能连续取值，而只能以离散的、不可分割的单位存在。在微观世界中， 能量是以“量子”为单位进行传递和变化的。
02
能量量子化的基本概念
能量的离散性
能量不能连续取值
在量子力学中，能量只能以离散的能量子形式被吸 收或发射，不能连续地取值。
能量子具有确定大小
每个能量子的大小与特定的物理量相关，如光子的 能量与其频率成正比。
离散能量是物理实在
能量量子化是物理系统固有的性质，是微观粒子交 互作用的本质特征。
能量子
量子化与连续性的对比
量子化与经典物理学的区别
经典物理学中，物理量可以连续变化，而量子力学中物理量只能 以离散的量子化方式变化。
量子化带来的新现象
量子化导致了如干涉、衍射、隧道效应等新现象的出现，这些现象 不能用经典物理学解释。
量子化对物理世界的影响
量子化改变了我们对物理世界的认识，使得微观粒子行为变得奇特 且难以预测，只有通过量子力学才能准确描述。
在现代科技中的应用
量子计算机
利用量子力学的特性，量子计算 机能够进行并行计算，处理大量 数据，加速某些类型的问题解决
速度。
量子密码学
基于量子力学的特性，量子密码 学能够提供更安全的加密和解密 方法，保护信息不被窃取或篡改。
量子传感器
利用量子力学原理，量子传感器 能够更精确地测量物理量，如磁
场、温度和压力等。
能量量子化的重要性
课堂新坐标2014物理(人教版)选修3-5课件：17.1能量量子化
教 学 方 案 设 计
B．t1>t2 C．t1<t2
图 17－1－3 D．无法确定 【解析】 根据黑体辐射的实验规律可知，随着温度的
当 堂 双 基 达 标
2．黑体看上去不一定是黑的，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
教 学 方 案 设 计
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)也被当做黑体来处理． 这 就是黑体辐射． 3．黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规
新课标 ·物理 选修3-5
教 学 教 法 分 析
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
课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
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
当 堂 双 基 达 标
菜 单
．
课 时 作 业
新课标 ·物理 选修3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
(3)黑体辐射的实验规律 ①一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与 温度 有关
教 学 方 案 设 计
外，还与材料的种类及表面状况有关． 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．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有
●教学流程设计
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课 时 作 业
新课标 ·物理 选修3-5
教 学 教 法 分 析 课 堂 互 动 探 究
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17.1 能量量子化(解析版)
17.1 能量量子化学习目标1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。
2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。
3．理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法。
重点：能量量子化。
难点：黑体辐射的规律。
知识点一、黑体与黑体辐射1．热辐射现象（1）定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
这种辐射与温度有关。
（2）特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
例如：铁块温度↑从看不出发光到暗红到橙色到黄白色，从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。
2．黑体（1）除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。
不同物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。
（2）概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。
（3）研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
（4）黑体辐射的特征：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．对黑体的理解1（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）黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。
【题1】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。
【答案】C【解析】黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A 错误。
17.1能量量子化
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和
h 6.626 10 焦 秒
34
黑体辐射的研究卓有成效地展现 在人们的眼前，紫外灾难的疑点找 到了，为人类解决了一大难题。使 热爱科学的人们又一次倍感欣慰， 但真理与谬误之争就此平息了吗？
第十七章
波粒二象性
1
能量量子化
一、学习目标
1、了解黑体辐射，能量子的的概念及提出的科学过程。
2、通过观察辐射图象培养观察能力，了解宏观物体和
微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人 们对于物质世界的认识。
二、带着问题先学
边学边填空： 一、黑体与黑体辐射 电磁波 1、热辐射：一切物体都在辐射________，这种 温度 辐射与物体的______有关，因此叫做热辐射。 电磁波 2、黑体：能够完全吸收入射的各种________而 反射 不发生______物体叫做黑体。 3、黑体辐射： (1)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑 温度 体的________ 有关。 (2)随温度的升高，各种波长的电磁波的辐射强 增加 度都有______；辐射强度的极大值向波长____ 较短 的方向移动。
思考与讨论
一座建设中楼房还没有 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？
黑体模型
空腔上的小孔
炼钢炉上的小洞
向远处观察打开 的窗子 近似黑体
形体平ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ状的衡 无温态 关度时 与黑 构体 成辐 黑射 体只 的依 材赖 料于 物 ,
问题与练习
一、 热辐射及其特点 1. 热辐射 由于分子热运动导致物体辐射电磁波 温度不同时 辐射的波长分布不同 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色
20-21版：17.1~17.2 能量量子化 光的粒子性（创新设计）
19
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
[要点归纳]
能量子的理解和计算
@《创新设计》
1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而 不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
2.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。
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课堂小结
@《创新设计》
五、康普顿效应和光子的动量 阅读教材第35～36页内容，了解康普顿效应及其意义，知道光子的动量。 1.光的散射：光在介质中与 物质微粒 相互作用，因而传播方向 发生改变 ，
这种现象叫作光的散射。 2.康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X
28
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课堂小结
@《创新设计》
[针对训练3] (多选)如图4所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏 电流计中没有电流通过。其原因可能是( )
A.入射光太弱 B.入射光波长太长 C.光照时间太短 D.电源正、负极接反
29
图4
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@《创新设计》
2.爱因斯坦的光电效应方程
(1)表达式： hν ＝Ek＋W0或Ek＝ hν －W0。
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服
金属的 逸出功W0
，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。
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能 量
经典
量子
2. ε 叫能量子，简称量子，n 为量子数，它只取正整数 — 能
量量子化；
3. 谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；
4. 对于频率为 ν 的谐振子，最小能量为：ε = hν
h = 6.62610 ─34 J·s — 普朗克常量
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。
4. 热辐射的主要成分：室温时，波长较长的电磁波；高 温时，波长较短的电磁波。
直觉: 低温物体发出的是红外光；
炽热物体发出的是可见光；
高温物体发出的是紫外光。
5. 热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量 等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平 衡热辐射。
h = 6.62610 ─34 J·s
维恩线 普朗克 0123 4 5 67 8
λ/μm
爱
普
因
朗
斯
克
坦
Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐 射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物 体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新 观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理 学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观 领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年 他荣获诺贝尔物理学奖。
根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐 射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温 度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为 橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内 光的颜色大致估计炉内的温度。
3. 对应于3.4×l0 ─19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波 长各是多少？它是什么颜色？
1400 K
例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色。
2. 原因：大量带电粒子的无规则热运动引起的。物体中每个
分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率做
无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁
场，从而向外辐射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。
3. 特点：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度 升高，电磁波的短波成分增加。
1. 黑体是个理想化的模型。 例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体 2. 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 3. 一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，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。
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 1. 测量黑体辐射的实验原理图
在火炉旁边有什么感觉？ 投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会有是什么颜色？
加热铁
1. 概念：固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波 的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800 K
1000 K
1200 K
黑体辐射公式
1900 年 10 月19 日，普朗克在 德国物理学会会议上提出一个黑体 辐射公式
M (T )
2πh c2
3
eh kT
1
h = 6.62610 ─34 J·s
M.Planck 德国人 1858 －1947
M ,T 实验值
紫
瑞 利
─
外
灾金
难
斯 线
2πh 3
M (T ) c2 eh kT 1
向外发射的电磁波能量 = 从外界吸收的能量
一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内 已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？ 为什么？
向远处观察打开的窗子近似黑色
不透明材料 制成的带小孔的空腔
空腔上的小孔
物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。
如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完 全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称 黑体。
死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h = 6.62610 ─34 J·s
1. 下列叙述正确的是 ( ACD )
A. 一切物体都在辐射电磁波 B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温
度有关 D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
2. 炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉 内的温度，这是根据什么道理?
解：根据公式 ε = hν 和 ν = c/λ 得 ν = ε/h = 5.13×1014 Hz λ = c/ν = 5.85×10 ─ 7 m 5.13×10 ─ 14 Hz 的频率属于黄光的频率范围，它是黄光， 其波长为 5.85×l0─7 m。
3. 经典物理学所遇到的困难
解释实验曲线 ── 一朵令人不安的乌云
M ,T 实验值
瑞
紫
利
─
外
灾金
难
斯 线
1) 维恩的半经验公式： 短波符合，长波不符合 2) 瑞利 ─ 金斯公式： 长波符合，短波荒唐
── 紫外灾难
维恩线 0 1 2 3 4 5 67 8
/μm
普朗克能量子假说 1. 辐射物体中包含大量振动着的带电
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的 黑，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
T
T
空腔
平行光管
三棱镜
2. 辐射强度
单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总 辐射能，称为辐射强度。
特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在
增加； ②绝对黑体的温度升高时，
辐射强度的最大值向短 波方向移动。