高中物理人教版 (2019)必修 第三册能量量子化学案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册能量量子化学案，共6页。
2.了解普朗克的能量子假设。了解爱因斯坦光子假设。
3..知道原子能级及能级跃迁理论。
学习过程：
把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。如图一。为什么会有这样的变化呢?
图一 图二
一、热辐射
1.一切物体都在辐射 ，辐射与物体的 有关。
物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较 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 的成分越来越强。
2.辐射强度按波长的分布情况随物体的 而有所不同。
上例中的铁块，随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。如果辐射的波长正好在 的范围，你就可以看见物体发出的光是什么颜色了，其它波长的辐射你是看不见的。
除了热辐射外，物体表面还会 和 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：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的 而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外 电磁波。因为黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，所以，在研究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究。另外像太阳，白炽灯也由于热辐射发光强度大，反射的光强可以 ，所以也可以近似当做黑体。所以黑体的名字虽然有黑，但它不一定是黑色的。
例1：关于热辐射下列说法正确的是（ ）
A.黑体不反射电磁波，也不能向外辐射电磁波
B.温度越高，物体辐射的电磁波越强
C.物体辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D.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
二、能量子
在研究黑体辐射的过程中，科学家发现实验的观察结果是辐射的能量分布是存在一定的间隔，而根据经典物理学的理论，能量的转化和转移应该是一个连续的过程，这一不可思议的现象，给经典物理学造成了极大的困扰。所以这一现象被当时的物理学家约翰逊称为物理学晴朗天空里的两朵乌云之一。
为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克进行了多种尝试，最终，他提出了能量子的假说。
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。ε叫作能量子。
能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的 。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 地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫作 。
2．能量子公式：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为 。h＝ J·s。
3．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。
例2： (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，这是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是( )
A．T1>T2
B．T1＜T2
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
三、能级
1、能级：微观世界中能量取分立值的观念也适用于 系统，原子的能量是 的。这些量子化的能量值叫作能级。
2．特点
通常情况下，原子处于能量最 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，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是 的，会自发地向能量较低的能级跃迁，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，等于前后两个 。
例3：氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则( )
A.吸收光子的能量为hν1+hν2
B.辐射光子的能量为hν1+hν2
C.吸收光子的能量为hν2-hν1
D.辐射光子的能量为hν2-hν1
课后作业：
1、普朗克常量为h，光速为c，电子质量为me，则在国际单位制下的单位是（ ）
A．J·s/kgB．J/mC．J·mD．m/s
2、关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（ ）
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射强度与物体的温度无关
D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
3、以下宏观概念中，属于“量子化”的是( )
A．物体的长度 B．物体所受的重力
C．物体的动能 D．人的个数
4、关于对黑体的认识，下列说法正确的是（ ）
A．黑体是黑色的，且其自身辐射电磁波
B．黑体辐射电磁波的强度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
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
5、下列说法不正确的是（ ）
A．普朗克提出“振动者的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点
B．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，这种物体就被称为“黑体”
C．我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度无关
D．爱因斯坦指出“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不可分割的能量子组成的”
6、对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法不正确的是( )
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能量值的整数倍
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
7、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
8、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表面的光子数与第二束光在相同时间内打在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．5∶4 5∶4D．4∶5 5∶4
9、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h＝6.63×10﹣34 J•s，则进入人眼的光子数至少为（ ）
A．1个B．3个C．30个D．300个
10、某半导体激光器发射波长为1.5×10-6m，功率为5.0×10-3W的连续激光．已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，该激光器发出的( )
A．是紫外线 B．是红外线
C．光子能量约为1.3×10-18J D．光子数约为每秒3.8×1018个
11、20瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm，那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少？（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s）
12、静止的钍(Th)核发生β衰变时放出一个β粒子而变成一个镤(Pa)核，同时产生了一个能量为ε的中微子．已知真空中光速为C，普朗克常量为h．求：
①该中微子的频率； ②衰变后β粒子和镤核的合动量的大小．
学习过程参考答案：
电磁波 温度 温度 可见光 吸收 反射
电磁波 辐射 忽略不计
例1：D
整数倍 整数倍 能量子 普朗克常量 6.626×10－34 能量子 hν
例2： AD
原子 量子化 低 稳定 不稳定 能级之差
例3：D
课后作业参考答案：
1、A 2、B 3、D 4、C 5、C
6、C 7、B 8、D 9、D 10、B
11、波长为λ的光子能量为ε＝hν＝h
设白炽灯每秒内发出的光子数为n，白炽灯电功率为P，则
式中，η＝5%是白炽灯的发光效率．联立解得
代入题给数据得n≈11.6×1018(个)
12、①根据
得
② 设粒子和镤核的合动量为P1，中微子的动量P2，根据动量守恒
P1+P2=0
由 得
所以粒子和镤核的合动量大小为