新教材高中物理第13章电磁感应与电磁波初步5

5．能量量子化

1．了解热辐射的概念和特点，了解黑体的概念及黑体辐射的特点。

2．了解能量子的概念及其提出的科学过程，了解光子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

3．了解能级的概念，并能解释原子光谱的分立特征，了解量子力学的建立。

一、热辐射

1．热辐射

(1)01电磁波，这种辐射与02物体的温度有关，所以叫作热辐射。

(2)03温度而有所不同。

2．黑体

(1)04完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生05反射，这种物体就叫作黑体。

(2)06温度有关。

二、能量子

1．定义：普朗克假设，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε01整数倍，这个不可再分的最小能量值ε02能量子。

2．能量子大小：ε03hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，其值为h ＝6.63×10－34J·s。

304量子化的，或者说微观粒子的能量是05不连续(分立)的。

4．光子：爱因斯坦认为电磁场本身就是不连续的，也就是说，光本身就是由一个个不可06能量子组成的，这些能量子被叫作光子。

三、能级

101量子化的，这些量子化的02能量值叫作能级。

2．用能级跃迁解释原子的发射光谱：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03能级之差。由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是04分立的，因此原子的发射光谱只有一些05分立的亮线。

3．量子力学：能很好地描述06微观粒子运动的规律。

(1)热辐射在高温下才能发生吗？

提示：任何温度的物体都能发生热辐射，只是辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

(2)量子力学否认了经典力学吗？

提示：没有。宏观物体的运动规律仍能用经典力学说明，而微观粒子的运动规律用量子力学能更好地解释。

(1)黑体就是黑色的物体。( )

(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。( )

(3)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)原子从低能级跃迁到高能级要吸收能量。( )

提示：(1)×(2)√(3)√(4)√(5)√

课堂任务热辐射

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：如图所示，在火炉旁会有什么感觉？这表明什么？

提示：会感到温暖、明亮，且温度越高越暖和、越明亮。这表明火炉在向外辐射光和热量。

活动2：热辐射本质上就是辐射电磁波，光就是一种电磁波。投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿是什么颜色？这表明什么？

提示：铁块一开始是黑色，随着不断加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。这表明辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

活动3：一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，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。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

(1)热辐射

①理解：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，所以叫作热辐射。

②热辐射的特点：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。即辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

(2)物体表面对外界射来的电磁波的吸收和反射

除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。

(3)黑体

①理解：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体就叫作黑体。

②黑体辐射的特点：辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。

例1 (多选)下列叙述正确的是( )

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

(1)一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关吗？

提示：一般物体辐射电磁波的情况不只与温度有关。

(2)黑体辐射电磁波的情况与什么有关？

提示：黑体辐射电磁波的情况只与温度有关。

[规范解答]根据热辐射的定义，A正确；一般物体辐射电磁波的情况不只与温度有关，

而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B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确。

[完美答案]ACD

一般物体与黑体的比较

热辐射特点吸收、反射电磁波的特点

一般物体辐射强度按波长的分布情况与温度有

关

既吸收又反射

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

[变式训练1] (多选)如图所示为T1、T2温度时黑体辐射强度与波长的关系，则下列选项正确的是( )

A．T1>T2

B．T1

C．随温度升高，各种波长的辐射强度都减小

D．随温度升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动

答案AD

解析温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强，故T1>T2，A正确，B错误；由图可知，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较短波长方向移动，C错误，D正确。

课堂任务能量子与能级

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。