第 24 讲 能量量子化 【考点梳理】 考点一、热辐射　能量子 1．普朗克的能量子概念 (1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒 子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值 ε 叫 作能量子，ε＝hν，其中 h 叫作普朗克常量，实验测得 h＝6.63×10－34 J·s，ν 为电磁波的频率． (2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的 基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离． 2．爱因斯坦的光子说 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，这些能量子 被称为光量子，简称光子．频率为 ν 的光子的能量为 ε＝hν. 考点二、热辐射 1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强． 3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射． 考点三、能量子 1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值 ε 叫能量子． 2．大小：ε＝hν，其中 h＝6.63×10－34 J·s. 3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为 hν，光的能量子称作光子． 考点四、能级 原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级． 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差. 【题型归纳】 题型一：热辐射、黑体和黑体辐射 1．（2021·甘肃·民勤县第四中学高二期中）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只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度 极大值向波长较长的方向移动 C．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理 学的新纪元 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 2．（2021·全国·高二课时练习）关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体是真实存在的 B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理 学的新纪元 C．随着温度升高，黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱 D．黑体辐射无任何实验依据 3．（2021·全国·高二）于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是（ ） A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍 D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 题型二：黑体辐射的实验规律 4．（2021·山西·高二期末）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是（ ） A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都减弱 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．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 5．（2021·江苏·沛县教师发展中心高二月考）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（　　） A． B． C． D． 6．（2021·全国·高二）普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，如图所示为黑 体辐射的实验规律图，下列说法正确的是（　　） A．黑体热辐射的强度与波长无关 B．黑体热辐射只能是高温下才能进行，低温下不辐射 C．一定温度下，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值 D．从图象看出随着温度的升高，各种波长的辐射强度是先增加后减小 题型三：能量子的理解 7．（2021·江苏沭阳·高二期中）由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近 视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接” 34 s ，光在真空中传播速度 视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长   660nm 。已知普朗克常量 h  6.63 �10 J � c  3 �108 m / s A． ，则该激光中每个光子的能量为（　　） 3.0 �1019 J B． 1.6 �1019 J C． 1.0 �1019 J D． 1.0 �1018 J 8．（2021·湖南师大附中高二月考）太阳帆航天器是一种利用太阳光进行太空飞行的航天器。在没有空气的宇宙中， 太阳光光子会连续撞击太阳帆并以原速率反射，使太阳帆获得的动量缓慢增加，从而产生加速度，太阳帆飞船无 需燃料，只要有阳光，就会不断获得动力加速飞行。有人设想在探测器上安装有面积很大、反射功率极高的太阳 帆。并让它正对太阳。已知太阳光照射太阳帆时每平方米面积上的辐射功率为 P0 ，探测器和太阳帆及航天器的总 质量为 m，太阳帆的面积为 S，此时探测器的加速度大小为（　　） A． SP0 mc B． SP0 mc 2 C． 2SP0 mc D． 2SP0 mc 2 9．（2020·山东·高二期中）下列关于能量量子化的说法，正确的是（　　） A．能量子与电磁波的频率成反比 B．电磁波波长越长，其能量子越大 C．微观粒子的能量是不连续（分立）的 D．能量子假设是由爱因斯坦最早提出来的 题型四：能量子的的计算公式应用 10．（2021·江苏·常州市第三中学高二月考）一盏电灯发光功率为 100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的 平均波长 ）   6.0 �107 m ，在距电灯 r  10m 远处，以电灯为球心的球面上， 1m 2 的面积每秒通过的能量子数约为（ A． C． 2 �1017 2 �1015 个 B． 个 D． 2 �1016 个 2 �1023 个 11．（2018·江西·奉新县第一中学高二月考）某激光器能发射波长为 λ 的激光，发射功率为 P，真空中光速为 c，普 朗克常量为 h，则该激光器每秒发射的光量子数为 （ ） P A． hc B． hP c C． c P h D． h P c 12．（2020·全国·高二课时练习）人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为 530 nm 的绿光时，只要每秒 有 6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为 6.63×10-34J·s，光速为 3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿 光时所接收到的最小功率是（　　） A．2.3×10-18 W B．3.8×10-19 W C．7.0×10-10 W D．1.2×10-18 W 【双基达标】 一、单选题 13．（2021·江苏姑苏·高二期中）下列说法错误的是（　　） A．当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就能够产生感应电流 B．变化的磁场产生了电场，变化的电场产生了磁场 C．光是一种电磁波——传播着的电磁场，光具有能量 D．微观世界的某些极少数带电微粒的能量的变化可以是连续的 14．（2021·江苏常州·高二月考）下列说法中正确的是（　　　） A．爱因斯坦第一个提出能量子的概念 B．黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关 C．物体的长度是量子化的 D．温度升高，物体辐射的紫光增强，辐射的红光减弱 15．（2021·江苏省震泽中学高二月考）下列说法正确的是（　　） A．微观粒子的能量变化是连续的 B．电磁波的波长越长，其能量子的能量越高 C．英国物理学家麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 D．空腔壁上开很小的孔，射入孔的电磁波最终不能从空腔射出，这个空腔就成了黑体 16．（2021·全国·高二课时练习）热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向 的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射 强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴 λ 表示电磁波的波长，纵轴 Mλ 表示某种波长的电磁波的辐射强度， 则由 Mλ-λ 图线可知，同一物体在不同温度下 （　　） A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 17．（2021·全国·高二课时练习）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．当铁块呈现红色时，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 18．（2021·全国·高二课时练习）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 19．（2021·全国·高二单元测试）据报道：截止 2020 年 12 月我国 5G 基站建设累积 71.8 万个，已建成全球最大 5G 网络，中国将进入全面 5G 时代，开启了万物互联时代：车联网、物联网，智慧城市、无人机网络、自动驾驶技术 等将一元变为现实。5G，即第五代移动通信技术，采用 3300-5000MHz 频段，相比于现有的 4G（即第四代移动通 信技术，1880-2635MHz 频段）技术而言，具有极大的带宽、极大的容量和极低的时延。关于 5G 信号与 4G 信号下 列说法正确的是（　　） A．5G 信号和 4G 信号都具有偏振现象 B．5G 信号和 4G 信号有可能是纵波 C．5G 信号相比 4G 信号光子能量更小 D．5G 信号相比 4G 信号在真空中的传播速度更小 20．（2021·河北邢台·高二月考）四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律 和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是（　　） A．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 B．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小 C．英国物理学家瑞利提出的辐射强度按波长分布的理论公式