17.1 能量量子化

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《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。

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。

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 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。