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1、第十三章第十三章电磁感应与电磁波初步电磁感应与电磁波初步学习目标学习目标1.结合生活经验和已经学过的知识结合生活经验和已经学过的知识,认识热辐射、黑体和黑体辐射认识热辐射、黑体和黑体辐射,能能说出一般物体热辐射和黑体辐射的特点说出一般物体热辐射和黑体辐射的特点,感悟以实验为基础的科学探感悟以实验为基础的科学探究方法究方法.2.通过对黑体辐射实验规律与经典电磁理论的矛盾的分析通过对黑体辐射实验规律与经典电磁理论的矛盾的分析,了解普朗了解普朗克的能量子假设的时代背景克的能量子假设的时代背景,知道普朗克提出的能量子假设的基本内知道普朗克提出的能量子假设的基本内容容;了解爱因斯坦的光子说了解爱因斯坦的
2、光子说,体会微观粒子与宏观物体遵循不同的规律体会微观粒子与宏观物体遵循不同的规律,培养质疑问题的能力培养质疑问题的能力.3.通过对原子的发射光谱的分析通过对原子的发射光谱的分析,了解原子的能量是量子化的了解原子的能量是量子化的,知道什知道什么是能级和能级跃迁么是能级和能级跃迁,了解原子发光的原理了解原子发光的原理.5能量量子化能量量子化知识点一知识点一热辐射热辐射1.热辐射热辐射:周围的一切物体都在辐射周围的一切物体都在辐射,这种辐射与物体这种辐射与物体的的有关有关,所以叫作热辐射所以叫作热辐射.电磁波电磁波温度温度2.我们周围的物体都在进行热辐射我们周围的物体都在进行热辐射.为什么我们的眼睛
3、只能观察为什么我们的眼睛只能观察到部分物体的热辐射到部分物体的热辐射?热辐射强度与什么因素有关热辐射强度与什么因素有关?答案答案:温度不同的物体辐射的电磁波的波长不同温度不同的物体辐射的电磁波的波长不同,波长较长的电磁波长较长的电磁波不能引起人的视觉波不能引起人的视觉,波长在一定范围内的电磁波才能引起人的波长在一定范围内的电磁波才能引起人的视觉视觉.热辐射强度按波长分布情况随物体的温度不同而有所不同热辐射强度按波长分布情况随物体的温度不同而有所不同.3.如果某种物体能够完全吸收入射如果某种物体能够完全吸收入射的的而而不不发生反射发生反射,这种物体叫作黑体这种物体叫作黑体.黑体虽然不反射电磁波黑
4、体虽然不反射电磁波,但是却可但是却可以向外辐射电磁波以向外辐射电磁波.4.煤烟煤烟(如图如图)很接近黑体很接近黑体,其其对外来电磁波的对外来电磁波的吸吸收收率为率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸吸收收.如如果把果把一一定量的定量的煤煤烟烟置于置于阳阳光下照射光下照射,它的它的温度是否会一直温度是否会一直上上升升?(不考虑与空气的热交不考虑与空气的热交换换)答案答案:不会不会.煤烟吸收能量的同时还伴随着能量的辐射煤烟吸收能量的同时还伴随着能量的辐射,最终将最终将趋于平衡趋于平衡,之后温度不再升高之后温度不再升高.各种波长的电磁波各种波长的电磁波知识点二
5、知识点二能量子能量子1.做出了这样的大胆假设做出了这样的大胆假设:振动着的带电微粒的能量只振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值能是某一最小能量值的的,如如、2、3这个不可再这个不可再分的分的叫作能量子叫作能量子.2.能量子的大小为能量子的大小为=h,其中其中是电磁波的是电磁波的,h是普朗克常量是普朗克常量,其值为其值为h=.3.爱因斯坦把能量子假设进行了推广爱因斯坦把能量子假设进行了推广,他认为电磁场本身就是不他认为电磁场本身就是不连续的连续的,也就是说也就是说,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的的,频率为频率为的光的能量子为的光的能量子为 ,
6、这些能量子后来被叫作这些能量子后来被叫作.普朗克普朗克整数倍整数倍最小能量值最小能量值频率频率6.6260701510-34Jsh光子光子知识点三知识点三能级能级1.普朗克的能量子假设普朗克的能量子假设,在原子系统中是怎么体现的在原子系统中是怎么体现的?什么叫什么叫能级能级?答案答案:原子的能量是量子化的原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级这些量子化的能量值叫作能级,不同的能级能量值不同不同的能级能量值不同.2.通常情况下通常情况下,原子原子处于能量最低的状于能量最低的状态,这是是.气体气体放放电管中的原子受到高速运管中的原子受到高速运动的的电子的撞子的撞击,有可能有可能跃迁到迁到
7、较高的能量状高的能量状态.这些状些状态的原子是不的原子是不稳定的定的,会自会自发地地向向.的的能能级跃迁迁,光光子子.3.原子从高能原子从高能态向低能向低能态跃迁迁时放出的光子的能量放出的光子的能量,等等于于.4.由于原子的能由于原子的能级是分立的是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的因此原子的发射光射光谱只有一只有一些些.最最稳定的定的能量能量较低低放出放出前后两前后两个能个能级之差之差分立的亮分立的亮线小试身手小试身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的打错误的打“”).).1.只有高温物体能
8、发生热辐射只有高温物体能发生热辐射.()2.能完全吸收各种入射的电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体能完全吸收各种入射的电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.()3.温度越高温度越高,黑体辐射电磁波的强度越弱黑体辐射电磁波的强度越弱.()4.微观粒子的能量只能是能量子的整数倍微观粒子的能量只能是能量子的整数倍.()5.能量子的能量是任意的能量子的能量是任意的,其大小与电磁波的频率无关其大小与电磁波的频率无关.()6.氢原子的能级是连续的氢原子的能级是连续的.()探究一探究一热辐射热辐射问题情境问题情境1.把铁块投进火炉中把铁块投进火炉中,刚开始铁块只发热不发光刚开始铁块只发热不发光,随着温度的升高随着
9、温度的升高,铁块会慢慢变红铁块会慢慢变红,开始发光开始发光,如图所示如图所示.不同温度的铁块不同温度的铁块,为什么颜为什么颜色不同色不同?不同温度的铁块热辐射的强度相同吗不同温度的铁块热辐射的强度相同吗?这些事实说明了这些事实说明了什么什么?答案答案:铁块的温度升高铁块的温度升高,热辐射中波长较短的成分越来越强热辐射中波长较短的成分越来越强,所以所以铁块的颜色发生变化铁块的颜色发生变化;铁块的温度不同铁块的温度不同,热辐射的强度不同热辐射的强度不同;这说这说明热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同明热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.2.研究物体的热辐射的规律研究物体的
10、热辐射的规律,为什么要研究黑体辐射为什么要研究黑体辐射?答案答案:一般材料的物体一般材料的物体,会反射电磁波会反射电磁波,其辐射电磁波的情况与温其辐射电磁波的情况与温度和材料的种类及表面状况有关度和材料的种类及表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波而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长的分布只与黑体的温度有关.3.黑体看上去一定是黑色的吗黑体看上去一定是黑色的吗?黑体在现实生活中是否存在黑体在现实生活中是否存在?答案答案:黑体看上去不一定是黑色的黑体看上去不一定是黑色的.黑体是一个理想模型黑体是一个理想模型.现实中并现实中并不存在绝对黑体不存在绝对黑体.过程建构过程建构1.对
11、热辐射的理解对热辐射的理解.(1)在任何温度下在任何温度下,任何物体都会辐射电磁波任何物体都会辐射电磁波,只是温度低时辐射只是温度低时辐射弱弱,温度高时辐射强温度高时辐射强,其辐射强度按波长的分布情况随物体的温其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同度而有所不同,这是热辐射的一种特性这是热辐射的一种特性.(2)在相同温度下在相同温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同.2.一般物体与黑体的比较一般物体与黑体的比较.比较项比较项热辐射特点热辐射特点吸收或反射电磁波的特点吸收或反射电磁波的特点一般一般物体物体辐射电磁波的强度按波长辐射电磁波的强度按波
12、长的分布与它的温度、材料的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关的种类及表面状况有关既能吸收也能反射电磁波既能吸收也能反射电磁波,吸收吸收或反射电磁波的情况与物体的或反射电磁波的情况与物体的材料的种类及入射波长等因素材料的种类及入射波长等因素有关有关黑体黑体辐射电磁波的强度按波长辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有的分布只与黑体的温度有关关完全吸收各种入射电磁波完全吸收各种入射电磁波,不反不反射电磁波射电磁波【典例【典例1】下列对】下列对黑体的认黑体的认识识,说说法正确的是法正确的是()A.黑体只吸收电磁波黑体只吸收电磁波,不反射电磁波不反射电磁波,看上去是黑的看上去是黑的B.黑体辐
13、射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材还与材料的种类及表面状况有关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,与材料的与材料的种类及表面状况无关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射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从小孔射出最终不能从小孔射出,这个带小这个带小孔的空腔就可以近似为一个黑体孔的空腔就可以近似为一个黑体解析解析:黑体自身能辐射电磁波黑
14、体自身能辐射电磁波,黑体不一定是黑的黑体不一定是黑的,选项选项A错误错误;黑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体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,选项选项B错误错误,选项选项C正确正确;带小孔的空腔只吸收电磁波带小孔的空腔只吸收电磁波,不反射电磁波不反射电磁波,因因此带小孔的空腔可以近似为一个黑体此带小孔的空腔可以近似为一个黑体,选项选项D正确正确.答案答案:CD探究探究二二能量子和能级能量子和能级问题情境问题情境1.某激光器能发射波长为某激光器能发射波长为的激光的激光.激光光量子的能量可以取任意激光光量子的能量可以取任意值吗值吗?为什么为什么?答案答案:不可以取
15、任意值不可以取任意值.因为光量子的能量不是连续的因为光量子的能量不是连续的,而是一份而是一份一份的一份的.2.普朗克常量为普朗克常量为h,每个波长为每个波长为的激光光量子的能量是多少的激光光量子的能量是多少?真空真空中的光速为中的光速为c,如果激光发射功率为如果激光发射功率为P,那么每秒发射多少个光量子那么每秒发射多少个光量子?3.原子由高能量状态跃迁到低能量状态时原子由高能量状态跃迁到低能量状态时,释放出的光子的频率释放出的光子的频率可以是任意值吗可以是任意值吗?答案答案:不可以不可以.因为各能级是分立的因为各能级是分立的,放出的光子的能量也是分立放出的光子的能量也是分立的的,由由E=h可知
16、可知,原子跃迁时释放出的光子的频率也是一系列分原子跃迁时释放出的光子的频率也是一系列分立的值立的值.过程建构过程建构1.在宏观尺度内研究物体的运动时在宏观尺度内研究物体的运动时,物体的运动是连续的物体的运动是连续的,能量变能量变化是连续的化是连续的,不必考虑量子化不必考虑量子化;在研究微观粒子时在研究微观粒子时,必须考虑能量必须考虑能量量子化量子化.2.通常情况下通常情况下,原子处于能量最低的状态原子处于能量最低的状态,这是最稳定的这是最稳定的.当原子处当原子处于较高的能量状态时于较高的能量状态时,原子是不稳定的原子是不稳定的,原子会自发地向能量较低原子会自发地向能量较低的能级跃迁的能级跃迁,放出光子放出光子.3.原子从能量较高的能级原子从能量较高的能级(其能量记为其能量记为Em)跃迁到能量较低的能级跃迁到能量较低的能级(其能量记为其能量记为En,mn)时时,会放出能量为会放出能量为h的光子的光子,该光子的能量该光子的能量h=Em-En,能级差越大能级差越大,放出光子的频率就越高放出光子的频率就越高.【典例【典例2】人眼对绿光较为敏感】人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收波长为正常人的
