下载文档原格式
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。
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。
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1节能量量子化第2节光的粒子性[随堂巩固]1．(对黑体辐射规律的理解)(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高解析由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，故B、C项正确。
答案BC2．(能量子的理解及ε＝hν的应用)(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解析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A、D正确。
答案AD3．(光电效应现象)在用如图17－1－8所示装置做光电效应实验中，当紫外线照射锌板时，发现原本闭合的验电器指针发生了明显的偏转，则此时图17－1－8A．验电器的金属球不带电B．验电器的金属指针带正电C．锌板被紫外线照射到的一面带负电D．锌板未被紫外线照射到的一面带负电解析用弧光灯发出的紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故B正确，A、C、D错误。
答案 B4．(光电效应规律)关于光电效应，下列说法正确的是A．当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．光电效应现象中存在极限频率，导致含有光电管的电路存在饱和电流D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率，与入射光的强度无关，饱和电流的大小与极限频率无关，与入射光的强度有关；入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量值越大，入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少。
答案 A5．(光电效应方程的理解与应用)(多选)在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能E k与入射光的频率ν的关系如图17－1－9所示，由图像可求出图17－1－9A．该金属的极限频率和极限波长B．普朗克常量C．该金属的逸出功D．单位时间内逸出的光电子数解析依据光电效应方程E k＝hν－W0可知，当E k＝0时，ν＝νC，即图像中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率，由λc＝c可求得对应的极限波长，A正确；图线的斜率kνc，可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量，故B正确；据图像，假设图线＝tan θ＝E kν－νc的延长线与E k轴的交点为－W0，其截距绝对值为W0，有tan θ＝W0，而tan θ＝h，所以νcW0＝hνc，即图像中纵坐标轴的截距绝对值等于金属的逸出功，C正确；根据图像无法求出单位时间内逸出的光电子数，D错误。
答案ABC[限时检测][限时45分钟]题组一黑体辐射的理解和应用1．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．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解析一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色。
答案 B2．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解析黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项A错误；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，故选项B错误，选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误。
答案 C3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是解析随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，B、C、D错误。
答案 A题组二能量子的理解及ε＝hν的应用4．(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，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εB．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，因而是错误的解析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；最小能量值ε＝hν，C正确。
答案BC5．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量子数为A.λPhc B.hPλcC.cPλh D．λPhc解析 每个光量子的能量ε＝h ν＝hc λ，每秒钟发射的总能量为P ，则n ＝P ε＝λP hc。
答案 A6．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－28 J ，已知可见光的平均波长约为60 μm ，普朗克常量为：6.63×10－34 J ·s ，则进入人眼的光子数至少为多少个？解析 根据ε＝h ν＝h c λ求出可见光的平均能量，从而求出能引起人的视觉反应时，进入人眼的光子数。
进入人眼的光子数至少为n ＝E ε≈302。
答案 302个题组三 光电效应的现象及规律7．(多选)在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图17－1－10所示，这时图17－1－10A ．锌板带正电，指针带负电B ．锌板带正电，指针带正电C ．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D ．若用红光照射锌板，则锌板能发射光电子解析 锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B 对，A 错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C 对、D 错。
答案 BC8．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；若再减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A正确。
答案 A9．如图17－1－11，用一定频率的单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，则图17－1－11A．电源右端应为正极B．流过电流表G的电流大小取决于照射光的频率C．流过电流表G的电流方向是a流向bD．普朗克解释了光电效应并提出光子能量E＝hν解析发生光电效应时，电子从光电管右端运动到左端，电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流表G的电流方向是a流向b；光电管两端可能是正向电压也可能是反向电压，所以电源右端可能为正极，也可能为负极；流过电流表G的电流大小取决于照射光的强度，与光的频率无关；爱因斯坦解释了光电效应并提出光子能量E＝hν。
答案 C题组四光电效应方程的应用10．(多选)如图17－1－12甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是图17－1－12A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C．只要增大电压，光电流就会一直增大D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应解析由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大；根据光电效应方程知，E km＝hν－W0＝eU c，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压只与入射光的频率有关；当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大。
发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关。
答案AB11．(多选)金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c与入射光频率ν的关系图像如图17－1－13所示，则由图像可知图17－1－13A．该金属的逸出功等于hνcB．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变C．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量hD．入射光的频率为3 νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，W0＝hνc。
根据光电效应方程E km＝hν－W0和eU c＝E km得，U c＝hνe－W0e当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率成线性关系。
由U c＝hνe－W0e，知图线的斜率等于he，从图像上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可以求出普朗克常量；从图像上可知，逸出功W0＝hνc。
根据光电效应方程，E km ＝hν＝hν－hνc。
若入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc。
答案ACD12．如图17－1－14甲所示为研究光电效应的电路图。
图17－1－14(1)对于某金属用紫外线照射时，电流表指针发生偏转，将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能________(选填“减小”或“增大”)。
如果改用频率略低的紫光照射，电流表________(选填“一定”、“可能”或“一定没”)有示数。
(2)当用光子能量为5 eV的光照射时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示。
则光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为________J。
解析(1)AK间所加的电压为正向电压，光电子在光电管中加速，滑动变阻器滑片向右移动的过程中，若光电流达到饱和，则电流表示数不变，若光电流没达到饱和电流，则电流表示数增大，所以滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能减小。
紫光的频率小于紫外线，紫外线照射能发生光电效应，紫光照射不一定能发生光电效应。
所以电流表可能有示数。
(2)由题图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是－2 V时，电流表示数为0，得光电子的最大初动能为2 eV，根据光电效应方程E km＝hν－W0得W0＝3 eV＝4.8×10－19 J。
