物理必修 第三册能量量子化学案设计

这是一份物理必修 第三册能量量子化学案设计，共11页。
2．知道能量子和普朗克常量，知道光的能量是不连续的。
3．了解微观世界的量子化特征。
4．了解原子的能级结构及原子光谱。
[问题初探] 问题1．黑体是真实存在的吗？
问题2．公式ε＝hν中各符号的意义是什么？
问题3．原子发生跃迁时可以吸收和辐射任意值的光子吗？
[自我感知] 经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
热辐射
1．热辐射
(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射________。这种辐射与物体的______有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：当温度升高时，热辐射中波长______的成分越来越强。
2．黑体
(1)定义：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，这种物体就叫作黑体。
(2)特点：
①黑体不反射电磁波，但可以__________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______有关。
如图所示，一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，这个带小孔的空腔就可以模拟一个黑体。
问题1．观察从外面射来的电磁波的传播情况有什么特点？
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问题2．这个空腔是黑体吗？
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问题3．什么是黑体？
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1．对黑体的理解
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
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。
【典例1】 (对黑体的认识)(多选)下列说法正确的是( )
A．只有温度高的物体才会有热辐射
B．黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C．黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射
D．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关
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【典例2】 (黑体辐射的实验规律)(多选)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
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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________。
2．能量子：不可再分的______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____________。h＝________________ J·s。
4．光子：光本身就是由一个个不可分割的________组成的，频率为ν的光的能量子为 ______，这些能量子被叫作光子。
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。
3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率。
【典例3】 (能量子的认识)(多选)关于对能量子的认识，下列说法正确的是( )
A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C．能量子与电磁波的频率成正比
D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
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【典例4】 (能量子公式的应用)人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有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3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A．2.3×10-18 W B．3.8×10-19 W
C．7.0×10-10 W D．1.2×10-18 W
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有关能量子问题的解题技巧
(1)熟练掌握能量子的计算公式：ε＝hν＝hcλ。
(2)把握宏观能量E＝Pt与微观能量子的关系：E＝nε。
(3)正确建立模型。
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________的，这些________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______的。
(2)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，会自发地向能量______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__________。
1．能级
(1)电子在可能的轨道上运动时，虽然是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态也称之为定态。
(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的，这样的能量值称为能级，量子数n越大，表示能级越高。
(3)原子的能量包括：原子的原子核与电子所具有的电势能和电子运动的动能。
2．能级跃迁：原子从一种定态(设能量为E2)跃迁到另一种定态(设能量为E1)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hν＝E2－E1。
【典例5】 (对能级的理解)(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，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线
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1．(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是( )
A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的
B．认为能量值是连续的
C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D．认为微观粒子的能量是分立的
2．(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
3．一个原子从某一高能态跃迁到另一低能态的过程中，该原子( )
A．发出一系列频率的光子
B．吸收一系列频率的光子
C．吸收某一频率的光子
D．辐射某一频率的光子
4．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是( )
A B
C D
回归本节知识，完成以下问题：
1．黑体是指黑颜色的物体吗？
2．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？
3．什么是能级？
5．能量量子化
[探究重构·关键能力达成]
知识点一
挖掘教材·梳理要点
1．(1)电磁波 温度 (2)较短 2．(1)完全 (2)向外辐射 温度
创设情境·启发思考
问题1 提示：经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，在多次反射过程中，外面射来的电磁波几乎全部被腔壁吸收，最终不能从空腔射出。
问题2 提示：不是。
问题3 提示：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。黑体实际上是不存在的，只是一种理想模型。
互动探究·深化提升
典例1 CD [任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；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叫作黑体，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B错误，C正确；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，D正确。]
典例2 ACD [由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来。]
知识点二
挖掘教材·梳理要点
1．整数倍 2．最小 3．普朗克常量 6.626×10-34 4．能量子 hν
互动探究·深化提升
典例3 BC [由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；由最小能量值ε＝hν知，C正确；能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，并不是与现实世界相矛盾，D错误。]
典例4 A [因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝Et，式中E＝6ε，t＝1 s，又ε＝hν＝hcλ，可解得P＝6×6.63×10-34×3×108530×10-9×1 W≈2.3×10-18 W，故A正确。]
知识点三
挖掘教材·梳理要点
1．量子化 量子化 2．(1)稳定 (2)较高 较低 (3)能级之差
互动探究·深化提升
典例5 CD [原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子。光子的能量hν＝E初－E末，由于原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确。]
[应用迁移·随堂评估自测]
1．AD [普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的。故选AD。]
2．ACD [根据热辐射定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B错误，C正确；根据黑体定义知，D正确。]
3．D [原子从高能态向低能态跃迁，辐射光子，能量减少，原子在两能级间跃迁时辐射或吸收光子的能量满足两个能级之差，所以题述原子要辐射某一频率的光子，故D正确。]
4．A [根据黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故选项A正确。]
课堂小结
1．提示：黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波而不发生反射的物体。
2．提示：普朗克提出了量子化的观点，量子化是微观世界的基本特点，其所有的变化都是不连续的。
3．提示：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。
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