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。

17.1 能量量子化【自主学习】1.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，所以叫做热辐射。

2．如果某种物体能够________入射的各种波长的电磁波而不发生________，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关。

3．黑体与黑体辐射(1)热辐射①定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。

②热辐射的特点物体在任何温度下都会发射电磁波，热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

当物体温度较低时(如室温)，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域)，不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大。

(2)黑体①定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。

如果一个物体能够完全吸收投射到其表面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黑体辐射的特性：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。

4.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，5. 普朗克假说：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叫做________，ε＝________，ν是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗克常量。

其值为h＝________ J·s。

导思：何为“紫外灾难”？【导练1】黑体辐射的实验规律如图17－1－3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【导练2】．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【导练3】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 电磁辐射的能量子的值各是多少？17.2 光的粒子性导学一.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：1.光子：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，频率为ν的光的能量子为 。

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。

第一节能量量子化教学目标：（一）知识与技能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、了解能量子的概念。

（二）过程与方法了解微观世界中的量子化现象。

比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

教学重点：能量子的概念。

教学难点：黑体辐射的实验规律。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备教学过程：（一）引入新课教师：介绍能量量子化发现的背景：19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。

在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程。

另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。

当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。

他们认为物理学已经发展到头了。

1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。

”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。

然而，事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。

经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。

正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。