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人教版 (2019)必修 第三册5 能量量子化学案
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这是一份人教版 (2019)必修 第三册5 能量量子化学案，文件包含人教版2019高中物理必修三新教材同步第13章5能量量子化--教师版docx、人教版2019高中物理必修三新教材同步第13章5能量量子化--学生版docx等2份学案配套教学资源，其中学案共13页， 欢迎下载使用。
科学思维
1.了解能量子的概念及其提出的过程,领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。
科学探究
1.了解黑体辐射及其研究的历史脉络,感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任
1.了解宏观物体和微观粒子的能量变化的特点,体会量子理论的建立极大丰富和深化了人们对物质世界的认识。
一、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 有关,所以叫热辐射。
2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
3.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。
4.黑体: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,这种物体就叫作 。黑体虽然不反射电磁波,但是却可以向外辐射电磁波。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的 有关。
二、能量子
1.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 。例如,可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作 。
2.大小:ε= ,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。
3.能量的量子化:普朗克的假设认为,微观粒子的能量是 的,或者说微观粒子的能量是 的。
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,h是普朗克常量,这些能量子叫 。
5.能级
(1)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 的。这些量子化的能量值叫作 。通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最 的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到 的能量状态。这些状态的原子是不稳定的,会自发地向 的能级跃迁,放出 。
(2)原子由高能态向低能态跃迁时放出光子的能量,等于前后 。由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是 的,因此原子的发射光谱只有一些 。
情境链接
如图所示,晴朗的夜空繁星闪烁,有的恒星颜色偏红,有的恒星颜色偏蓝。
对于“红星”和“蓝星”,你能判断出哪种恒星的表面温度更高吗?说出你的理由。
教材拓展
阅读教材第125页“能量子”部分内容,举例说明“连续”和“量子化”的区别。
1．判断下列说法的正误．
(1)温度较低的物体不能辐射红外线。( )
(2)黑体一定是黑色的。( )
(3)温度越高,热辐射中波长较长的成分越强。( )
(4)微观粒子的能量变化是跳跃式的。( )
(5)能量子与电磁波的频率成正比。( )
(6)当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,会放出任意能量的光子。( )
一、热辐射 能量子
导学探究
普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?
知识深化
1．普朗克的能量子概念
(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率．
(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离．
2．爱因斯坦的光子说
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可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT 例1 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400～700 nm.400 nm、700 nm电磁波辐射的能量子的值各是多少？
二、能级
导学探究
玻尔认为,电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动,如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m,其他的轨道半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等,轨道半径不可能是介于这些值之间的中间值,经典物理学的观点是怎样的?
知识深化
1.能级:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。
2.原子处于能量最低的状态是最稳定的。
3.原子获得能量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。
4.原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差,原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。
5.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,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例2 (多选)下列说法正确的是( )
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线
三、对黑体和黑体辐射的理解
导学探究
煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,它的温度是否一直在上升?
知识深化
1.黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。
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。一些发光的物体(如太阳、灯丝)也有时被看作黑体来处理。
3.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。
4.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点。
热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著
不同。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例3 某军事演习中,士兵佩戴着“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看清目标,主要是因为( )
A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线,照射被视物体
B.一切物体均在不停地辐射红外线
C.一切高温物体均在不停地辐射红外线
D.红外线属于可见光
1．(能量的量子化)(多选)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
2．(能量子)已知某单色光的波长为λ，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )
A．heq \f(c,λ) B.eq \f(h,λ) C.eq \f(c,hλ) D．以上均不正确
3．(能量子)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光子数为( )
A.eq \f(λP,hc) B.eq \f(hP,λc)
C.eq \f(cPλ,h) D．λPhc
4．(能量子)神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？
比较项目
热辐射特点
吸收、反射的特点
一般物体
辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类、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的波长等因素有关
黑体
辐射电磁波的强弱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
科学思维
1.了解能量子的概念及其提出的过程,领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。
科学探究
1.了解黑体辐射及其研究的历史脉络,感悟以实验为基础的科学探究方法。
科学态度与责任
1.了解宏观物体和微观粒子的能量变化的特点,体会量子理论的建立极大丰富和深化了人们对物质世界的认识。
一、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 有关,所以叫热辐射。
2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
3.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。
4.黑体: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,这种物体就叫作 。黑体虽然不反射电磁波,但是却可以向外辐射电磁波。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的 有关。
二、能量子
1.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 。例如,可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作 。
2.大小:ε= ,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。
3.能量的量子化:普朗克的假设认为,微观粒子的能量是 的,或者说微观粒子的能量是 的。
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,h是普朗克常量,这些能量子叫 。
5.能级
(1)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 的。这些量子化的能量值叫作 。通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最 的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到 的能量状态。这些状态的原子是不稳定的,会自发地向 的能级跃迁,放出 。
(2)原子由高能态向低能态跃迁时放出光子的能量,等于前后 。由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是 的,因此原子的发射光谱只有一些 。
情境链接
如图所示,晴朗的夜空繁星闪烁,有的恒星颜色偏红,有的恒星颜色偏蓝。
对于“红星”和“蓝星”,你能判断出哪种恒星的表面温度更高吗?说出你的理由。
教材拓展
阅读教材第125页“能量子”部分内容,举例说明“连续”和“量子化”的区别。
1．判断下列说法的正误．
(1)温度较低的物体不能辐射红外线。( )
(2)黑体一定是黑色的。( )
(3)温度越高,热辐射中波长较长的成分越强。( )
(4)微观粒子的能量变化是跳跃式的。( )
(5)能量子与电磁波的频率成正比。( )
(6)当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,会放出任意能量的光子。( )
一、热辐射 能量子
导学探究
普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?
知识深化
1．普朗克的能量子概念
(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率．
(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离．
2．爱因斯坦的光子说
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可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例1.TIF" \* MERGEFORMAT 例1 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400～700 nm.400 nm、700 nm电磁波辐射的能量子的值各是多少？
二、能级
导学探究
玻尔认为,电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动,如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m,其他的轨道半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等,轨道半径不可能是介于这些值之间的中间值,经典物理学的观点是怎样的?
知识深化
1.能级:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。
2.原子处于能量最低的状态是最稳定的。
3.原子获得能量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。
4.原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差,原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。
5.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,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例2 (多选)下列说法正确的是( )
A．原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可以连续变化
B．原子从低能级向高能级跃迁时放出光子
C．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个能级之差
D．由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的光谱只有一些分立的亮线
三、对黑体和黑体辐射的理解
导学探究
煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,它的温度是否一直在上升?
知识深化
1.黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。
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。一些发光的物体(如太阳、灯丝)也有时被看作黑体来处理。
3.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。
4.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点。
热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著
不同。
INCLUDEPICTURE "E:\\张潇\\2020\\同步\\例2.TIF" \* MERGEFORMAT 例3 某军事演习中,士兵佩戴着“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看清目标,主要是因为( )
A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线,照射被视物体
B.一切物体均在不停地辐射红外线
C.一切高温物体均在不停地辐射红外线
D.红外线属于可见光
1．(能量的量子化)(多选)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
2．(能量子)已知某单色光的波长为λ，真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )
A．heq \f(c,λ) B.eq \f(h,λ) C.eq \f(c,hλ) D．以上均不正确
3．(能量子)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光子数为( )
A.eq \f(λP,hc) B.eq \f(hP,λc)
C.eq \f(cPλ,h) D．λPhc
4．(能量子)神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可以获得能量为2 400 J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？
比较项目
热辐射特点
吸收、反射的特点
一般物体
辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类、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的波长等因素有关
黑体
辐射电磁波的强弱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
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