《2017-2018学年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1 能量量子化 新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1 能量量子化 新人教版选修3-5（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 能量量子化 读一读思一思辨一辨议一议 一、阅读教材第27页“黑体与黑体辐射”部分,知道热辐射、黑体 的确切含义,理解黑体辐射的实验规律。 1.热辐射: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,所以叫作热辐射。 2.黑体: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。 3.一般材料的物体辐射电磁波的情况与哪些因素有关? 答案:除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。 4.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有什么规 律? 答案:(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
2、向波长较短的方向移动。 读一读思一思辨一辨议一议 二、阅读教材第28页“能量子”部分,知道能量子的概念,理解微 观世界中能量是量子化的。 1.定义:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能 量值的整数倍,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能 量值为单位一份一份地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值 叫作能量子。 2.能量子有大小吗?如何表示? 答案:=h,其中是电磁波的频率,h称为普朗克常量。 h=6.62610-34 Js。 3.如何理解能量的量子化? 答案:在微观世界中能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是 分立的。 读一读思一思辨一辨议一议 1.思考辨析。 (1)热的
3、物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波。 ( ) 解析:任何物体在任何温度下都会发生热辐射,这是由于物体中 分子、原子受到激发而发射电磁波的现象。 答案: (2)黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的。 ( ) 解析:由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的。 答案: (3)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,与 材料的种类及表面状况无关。 ( ) 解析: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 ,与其他因素无关。 答案: 读一读思一思辨一辨议一议 2.探究讨论。 (1)黑体是理想化的物理模型,那么现实中可以近似看作黑体的都 必须一定是黑色的物体吗? 答
4、案:黑体是理想化的物理模型,但并不是只有看上去是黑色的 物体才能被近似当成黑体,有些可以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,如炼钢炉口上的小口。 (2)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。 探究一探究二 对黑体和黑体辐射的理解 问题导引 很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过, 便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗? 要点提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高
5、低,直接决定了这 个人辐射的红外线的频率和强度。因此通过监测被测者辐射的红 外线的情况就知道这个人的体温。 探究一探究二 名师精讲 对黑体和黑体辐射的理解 (1)对黑体的理解: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)对黑体辐射的理解:任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电 磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有 一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而 被称为热辐射。 探究一探究二 (3)一
6、般物体与黑体的比较 探究一探究二 (4)对热辐射的理解 在任何温度下,任何物体都会发射电磁波,并且其辐射强度按 波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性 。 在室温下,大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁 波红外光。很多物体被加热到500 左右时,开始发出暗红色 的可见光。随着温度的不断上升,物体逐渐亮起来,而且热辐射中 较短波长的成分越来越多,即能引起视觉的电磁波越来越多,大约 在1 500 时变成明亮的白炽光。 这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的 分布是不均匀的,而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的 频率也越高。 在一定温度下,不同物体
7、所辐射的光谱成分有显著的不同。例 如,将钢加热到约800 时,就可观察到明亮的红色光,但在同一温 度下,熔化的水晶却不辐射可见光。 探究一探究二 黑体是理想化的物理模型,对入射电磁波只吸收不反射。 探究一探究二 典例剖析 【例题1】 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黑体的温度有关外, 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黑体的温度有关,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
8、出,这个空腔就成 了一个黑体 探究一探究二 解析:由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的,所以 选项A错误;由于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,所以选项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,而不是空腔成了一个黑体,所以选 项D错误。 答案:C 归纳总结要把握黑体的含义,即黑体完全吸收电磁波而不反射电 磁波,同时本身也辐射电磁波,因而黑体并不一定是黑的。要理解 黑体辐射的特点,即黑体辐射的电磁波的强度按波长的分布只与黑 体的温度有关,与其他因素无关。 探究一探究二 变式训练1(多选)下列叙述正确的是( ) A.一切物体都在辐射
9、电磁波 B.一般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温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 解析:根据热辐射的定义知,选项A正确;根据热辐射和黑体辐射 的特点知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料 种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑体的温度有关,故选项B错 误,选项C正确;根据黑体的定义知选项D正确。 答案:ACD 探究一探究二 对能量子的认识 问题导引 德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究,于 1900年推导出了普朗克公式。德国物理学家鲁本斯把它与实验数 据进行了比较,发现与实验结果“令人满意地相符”。但
10、所有推导都 是建立在一个最重要的假设基础之上,这个假设是什么呢? 要点提示:能量量子化假设。 探究一探究二 名师精讲 1.普朗克的量子化假设 (1)能量子: 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍。例 如,可能是或2、3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一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的 最小能量值叫作能量子。 (2)能量子公式:=h 是电磁波的频率,h是一个常量,后人称之为普朗克常量,其值为 h=6.6310-34 Js。 (3)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。 探究一探究二 2.在宏观尺度内研究物
11、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。 物体在发射或接收能量的时候,只能从某一状态“飞 跃”地过渡到另一状态,而不可能停留在不符合这些能量的任何一 个中间状态。 探究一探究二 典例剖析 【例题2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400700 nm。求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少? 【思考问题】 求解本题的关键是什么? 提示:根据已知条件求每一个能量子的能量。 归纳总结这类习题数量级比较大,注意运算当中提高运算准确率 。 探究一探究二 变式训练2(多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时
12、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 解析:带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值能量子 的整数倍一份一份地辐射或吸收的,是不连续的。故选项A、B、 D正确,选项C错误。 答案:ABD 123 1.(对黑体辐射规律的理解)(多选)下列关于黑体辐射的实验规律叙 述正确的是( ) 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 解析:黑体辐射
13、的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增 加,同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A、B对。 答案:AB 123 2.(能量子的理解及=h的应用)二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射 ,这种长波辐射的波长范围约是1.410-31.610-3 m,相应的频率范 围是 ,相应的光子能量的范围是 。(已知普朗 克常量h=6.610-34 Js,真空中的光速c=3.0108 m/s。结果取两位有 效数字) 解析:由c=得 。则求得频率范围为1.910112.11011 Hz。又 由=h得能量范围为1.310-221.410-22 J。 答案:1.910112.11011 Hz 1.310-221.410-22 J 123 3.(能量子的理解及=h的应用)“神光”装置是我国自主研发的 高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400 J、波长=0.35 m的紫外激光。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,则该紫外激光所 含光子数为多少? 解析:紫外激光的波长已知,由此可求得紫外激光能量子的值,再 根据紫外激光发射的总能量为2 400 J,即可求得紫外激光所含光子 数。 紫外激光能量子的值为 答案:4.231021
