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13.5 能量量子化
1.知道熱輻射、黑體、黑體輻射的概念。 2.了解普朗克的能量子假設。 3.了解愛因斯坦光子假設。 4.知道原子能級及能級躍遷理論。
知識點一　熱輻射
1．熱輻射
(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波。這種輻射與物體的溫度有關，所以叫作熱輻射。
(2)特點：當溫度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。
2．黑體
(1)定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，這種物體就叫作黑體。
(2)特點：
①黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波。
②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
【溫馨提示】一般材料的物體，輻射電磁波的情況不僅與溫度有關，還與材料的種類及表面狀況有關。
知識點二　能量子
1．普朗克的假設：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。
2．能量子：這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3．能量子公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34 J·s。
4．光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，這些能量子被叫作光子。
知識點三　能級
1．定義：微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級。
2．特點
(1)原子處于能量最低的狀態，是最穩定的。
(2)原子受到高速運動的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態。這些狀態的原子是不穩定的，會自發地向能量較低的能級躍遷，放出光子。
(3)原子從高能態向低能態躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。
【溫馨提示】 (1)能級越低，原子越穩定。
(2)除受到高速運動的電子的撞擊外，當吸收一定大小的光子的能量(等于躍遷前后的兩能級之差)時，原子也能躍遷到高能級。
【規律探究】
1．對黑體的理解
(1)絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內表面會發生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。
(2)黑體不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。一些發光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當作黑體來處理。
2．一般物體與黑體的比較
熱輻射特點 吸收、反射特點
一般 物體 輻射電磁波的情況與溫度有關，與材料的種類及表面狀況有關 既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關
黑體 輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 完全吸收各種入射電磁波，不反射
3．黑體輻射的實驗規律
(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。
(2)隨著溫度的升高
①各種波長的輻射強度都有增加；
②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。如圖所示。
1900年普朗克提出了量子假說，開創了物理學的新紀元。在下列關于學生的宏觀概念中，具有量子化特征的是（　　）
A．人數 B．身高 C．動能 D．重力
光譜分析為深入原子世界打開了道路。關于光譜，下列說法正確的是（　　）
A．原子發射連續光譜是因為電子繞原子核運動的變化是連續的
B．玻爾的原子理論能成功的解釋各種原子光譜的實驗規律
C．原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發射光譜中的一條亮線相對應
D．進行光譜分析時，可以用連續譜，也可以用線狀譜
能正確解釋黑體輻射實驗規律的是（　　）
A．能量的連續經典理論
B．普朗克提出的能量量子化理論
C．以上兩種理論體系任何一種都能解釋
D．牛頓提出的能量微粒說
關于對黑體的認識，下列說法正確的是（　　）
A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的
B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關
C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關
D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體
如圖所示放電管兩端加上高壓，管內的稀薄氣體會發光，從其中的氫氣放電管觀察氫原子的光譜，發現它只有一些分立的不連續的亮線，下列說法正確的是（　　）
A．亮線分立是因為氫原子有時發光，有時不發光
B．有幾條譜線，就對應著氫原子有幾個能級
C．核式結構決定了氫原子有這種分立的光譜
D．光譜不連續對應著氫原子輻射光子能量的不連續
對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是（　　）
A．溫度 B．材料 C．表面狀況 D．質量
處于基態的氫原子吸收一個光子后，則下列說法正確的是（　　）
A．氫原子的總能量增加
B．電子的動能增加
C．氫原子的電勢能減小
D．電子繞核旋轉半徑減小
一個氫原子中的電子從一半徑為ra的軌道自發地直接躍遷至另一半徑為rb的軌道，已知ra＞rb，則在此過程中（　　）
A．原子發出一系列頻率的光子
B．原子要吸收一系列頻率的光子
C．原子要吸收某一頻率的光子
D．原子要輻射某一頻率的光子
下列說法正確的是（　　）
A．黑體輻射只與溫度有關
B．改變放射性物質的溫度或者壓強，可以改變其半衰期
C．連續譜也可用于光譜分析
D．有的原子的發射光譜是線狀譜，有的原子的發射光譜是連續譜
下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規律的是（　　）
A． B．
C． D．
黑體輻射的實驗規律如圖所示，由圖可知，下列說法錯誤的是（　　）
A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加
B．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加
C．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動
D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動
關于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是（　　）
A．黑體是真實存在的
B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創了物理學的新紀元
C．隨著溫度升高，黑體輻射的各波長的強度有些會增強，有些會減弱
D．黑體輻射無任何實驗依據13.5 能量量子化
1.知道熱輻射、黑體、黑體輻射的概念。 2.了解普朗克的能量子假設。 3.了解愛因斯坦光子假設。 4.知道原子能級及能級躍遷理論。
知識點一　熱輻射
1．熱輻射
(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波。這種輻射與物體的溫度有關，所以叫作熱輻射。
(2)特點：當溫度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。
2．黑體
(1)定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，這種物體就叫作黑體。
(2)特點：
①黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波。
②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
【溫馨提示】一般材料的物體，輻射電磁波的情況不僅與溫度有關，還與材料的種類及表面狀況有關。
知識點二　能量子
1．普朗克的假設：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。
2．能量子：這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
3．能量子公式：ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34 J·s。
4．光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，這些能量子被叫作光子。
知識點三　能級
1．定義：微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值叫作能級。
2．特點
(1)原子處于能量最低的狀態，是最穩定的。
(2)原子受到高速運動的電子的撞擊，有可能躍遷到較高的能量狀態。這些狀態的原子是不穩定的，會自發地向能量較低的能級躍遷，放出光子。
(3)原子從高能態向低能態躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。
【溫馨提示】 (1)能級越低，原子越穩定。
(2)除受到高速運動的電子的撞擊外，當吸收一定大小的光子的能量(等于躍遷前后的兩能級之差)時，原子也能躍遷到高能級。
【規律探究】
1．對黑體的理解
(1)絕對的黑體實際上是不存在的，但可以用某裝置近似地代替。如圖所示，如果在一個空腔壁上開一個小孔，那么射入小孔的電磁波在空腔內表面會發生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出，這個小孔就成了一個絕對黑體。
(2)黑體不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔。一些發光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也被當作黑體來處理。
2．一般物體與黑體的比較
熱輻射特點 吸收、反射特點
一般 物體 輻射電磁波的情況與溫度有關，與材料的種類及表面狀況有關 既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長等因素有關
黑體 輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 完全吸收各種入射電磁波，不反射
3．黑體輻射的實驗規律
(1)溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。
(2)隨著溫度的升高
①各種波長的輻射強度都有增加；
②輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。如圖所示。
1900年普朗克提出了量子假說，開創了物理學的新紀元。在下列關于學生的宏觀概念中，具有量子化特征的是（　　）
A．人數 B．身高 C．動能 D．重力
【解答】解：普朗克提出了量子假說，認為電磁輻射的能量是不連續的，是一份一份的，電磁輻射的能量是每一份能量的整數倍。這就是量子化的概念，由此來判定宏觀概念中是否具有量子化特征。
A、人的個數是屬于“不連續的，一份一份”的，具有量子化特征，故A正確；
BCD、人的身高、物體的動能、重力都是連續變化的，不具有量子化特征，故BCD錯誤。
故選：A。
光譜分析為深入原子世界打開了道路。關于光譜，下列說法正確的是（　　）
A．原子發射連續光譜是因為電子繞原子核運動的變化是連續的
B．玻爾的原子理論能成功的解釋各種原子光譜的實驗規律
C．原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發射光譜中的一條亮線相對應
D．進行光譜分析時，可以用連續譜，也可以用線狀譜
【解答】解：A．電子繞原子核運動的變化都是不連續的，故A錯誤；
B．玻爾原子理論僅能成功的解釋氫原子光譜的實驗規律，故B錯誤；
C．原子都是由原子核和電子組成的，但不同原子的原子結構不同，各種原子的原子光譜都有各自的特征譜線，原子吸收光譜中的每一條暗線都跟這種原子的發射光譜中的一條亮線相對應，故C正確；
D．只有線狀譜和吸收光譜與原子的結構有關，可以用來鑒別物質，故D錯誤。
故選：C。
能正確解釋黑體輻射實驗規律的是（　　）
A．能量的連續經典理論
B．普朗克提出的能量量子化理論
C．以上兩種理論體系任何一種都能解釋
D．牛頓提出的能量微粒說
【解答】解：黑體輻射實驗規律：黑體輻射的強度與溫度有關，溫度越高，黑體輻射的強度越大，隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。故B正確，ACD錯誤；
故選：B。
關于對黑體的認識，下列說法正確的是（　　）
A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的
B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關
C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關
D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體
【解答】解：A、能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體，故A錯誤；
BC、黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料種類及表面狀況無關，溫度越高，黑體輻射的強度越大，隨著溫度的升高，黑體輻射電磁波的強度的極大值向波長較短的方向移動，故B錯誤，C正確；
D、射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個小孔就成了一個黑體，故D錯誤。
故選：C。
如圖所示放電管兩端加上高壓，管內的稀薄氣體會發光，從其中的氫氣放電管觀察氫原子的光譜，發現它只有一些分立的不連續的亮線，下列說法正確的是（　　）
A．亮線分立是因為氫原子有時發光，有時不發光
B．有幾條譜線，就對應著氫原子有幾個能級
C．核式結構決定了氫原子有這種分立的光譜
D．光譜不連續對應著氫原子輻射光子能量的不連續
【解答】解：AD、根據玻爾理論得知，輻射的光子頻率滿足hv＝Em﹣En，則氫原子的能量不連續的，輻射的光子的能量是不連續的，因此輻射的光子頻率也不連續，那么對應的光子波長也不連續，則故D正確，A錯誤；
B、電子在能級之間躍遷從而釋放能量，對應的是光譜線，故B錯誤；
C、根據玻爾理論得知，氫原子有這種分立的光譜，故C錯誤。
故選：D。
對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是（　　）
A．溫度 B．材料 C．表面狀況 D．質量
【解答】解：一般物體輻射電磁波的情況與溫度有關，還與材料的種類及表面情況有關；但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，溫度越高，黑體輻射的強度越大，隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。故A正確，B、C、D錯誤；
故選：A。
處于基態的氫原子吸收一個光子后，則下列說法正確的是（　　）
A．氫原子的總能量增加
B．電子的動能增加
C．氫原子的電勢能減小
D．電子繞核旋轉半徑減小
【解答】解：ABD．氫原子吸收一個光子后，能量增加，從低能級向高能級躍遷能級增加，軌道半徑增大，根據，解得核外電子動能知動能減小，故BD錯誤，A正確；
C．因為原子能量等于電勢能和電子動能之和，因為能量增大，動能減小，則電勢能增大，C錯誤。
故選：A。
一個氫原子中的電子從一半徑為ra的軌道自發地直接躍遷至另一半徑為rb的軌道，已知ra＞rb，則在此過程中（　　）
A．原子發出一系列頻率的光子
B．原子要吸收一系列頻率的光子
C．原子要吸收某一頻率的光子
D．原子要輻射某一頻率的光子
【解答】解：因為ra＞rb．一個氫原子中的電子從半徑為ra的圓軌道自發地直接躍遷到另一半徑為rb的圓軌道上，能量減小，向外輻射光子。因為能極差一定，只能發出特定頻率的光子。故D正確。A、B、C錯誤。
故選：D。
下列說法正確的是（　　）
A．黑體輻射只與溫度有關
B．改變放射性物質的溫度或者壓強，可以改變其半衰期
C．連續譜也可用于光譜分析
D．有的原子的發射光譜是線狀譜，有的原子的發射光譜是連續譜
【解答】解：A、黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，故A正確；
B、放射性元素的半衰期與溫度或者壓強無關，由原子核內部因素決定，故B錯誤；
C、明線光譜和吸收光譜都是元素的特征光譜，光譜分析時，既可用明線光譜也可用吸收光譜，故C錯誤；
D、各種原子的發射光譜都是線狀譜，線狀譜是原子的特征譜線，故D錯誤；
故選：A。
下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規律的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：BD、黑體輻射以電磁輻射的形式向外輻射能量，溫度越高，輻射越強越大，故B、D錯誤。
AC、黑體輻射的波長分布情況也隨溫度而變，如溫度較低時，主要以不可見的紅外光進行輻射，在500℃以至更高的溫度時，則順次發射可見光以至紫外輻射。即溫度越高，輻射的電磁波的波長越短，故C錯誤、A正確。
故選：A。
黑體輻射的實驗規律如圖所示，由圖可知，下列說法錯誤的是（　　）
A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增加
B．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增加
C．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動
D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動
【解答】解：AB、黑體輻射的強度與溫度有關，溫度越高，黑體輻射的強度越大。故A正確，B錯誤。
CD、隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，反之，隨著溫度的降低，黑體輻射強度的極大值向波長較長的方向移動，故CD正確。
本題選說法錯誤的
故選：B。
關于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是（　　）
A．黑體是真實存在的
B．普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創了物理學的新紀元
C．隨著溫度升高，黑體輻射的各波長的強度有些會增強，有些會減弱
D．黑體輻射無任何實驗依據
【解答】解：A、黑體能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，并且不會有任何的反射與透射，這樣的物體稱為黑體，但能100%地吸收是理論上的，現實中沒有可以對電磁波進行100%吸收的，故不是真實存在，故A錯誤。
B、普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創了物理學的新紀元，課本上介紹的。故B正確。
C、普朗克通過研究黑體輻射得出結論：黑體輻射隨著波長越短，溫度越高，輻射越強，輻射的各波長強度都會增強。故C錯誤。
D、黑體輻射是有實驗依據的，普朗克就是把他的理論與實驗數據做的對比，故D錯誤。
故選：B。

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