人教版選修35 能量量子化 第1課時(shí) 學(xué)案 (1).docx

17.1能量量子化學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解熱輻射和黑體輻射的概念，了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.了解能量子的概念及其提出的科學(xué)過程.3.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)重點(diǎn)：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 能量子的概念及其提出的科學(xué)過程.難點(diǎn)：宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)學(xué)習(xí)新課：一、黑體與黑體輻射導(dǎo)學(xué)探究1.什么是熱輻射？這種輻射與物體的溫度有何關(guān)系？與材料種類及表面狀況有關(guān)嗎？答案(1)一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射(2)輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況是：隨物體的溫度的升高，熱輻射中波長(zhǎng)較短的電磁波成分越來(lái)越強(qiáng)(3)有關(guān)2什么是黑體輻射？它與熱輻射有什么不同？答案(1)能夠完全吸收各種波長(zhǎng)的電磁波的物體，叫做黑體(2)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)而熱輻射還與其他因素有關(guān)(材料的種類和表面狀況)知識(shí)梳理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(guān)，所以叫熱輻射(2)特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同2黑體(1)定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律導(dǎo)學(xué)探究1.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布如圖1所示，當(dāng)溫度從1300 k升高到1700 k時(shí)，各種波長(zhǎng)的電磁波的輻射強(qiáng)度怎么變？輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如何變化？圖1答案變強(qiáng)輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，即變短2你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎？答案現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體，實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波)，也都能吸收和反射紅外線(電磁波)，絕對(duì)黑體不存在，是理想化的模型知識(shí)梳理黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加2隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)三、能量子導(dǎo)學(xué)探究某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值嗎？是連續(xù)的還是一份一份的？設(shè)普朗克常量為h，那么每個(gè)激光光量子的能量是多少？如激光發(fā)射功率為p，那么每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光量子？答案光量子的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，eh.個(gè)數(shù)n.知識(shí)梳理能量子1定義：普朗克認(rèn)為，振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子2能量子大小：h，其中是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量h6.6261034js(一般取h6.631034 js)3能量的量子化：在微觀世界中能量是量子化的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是分立的即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤(1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍()(2)能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比()一、黑體輻射的規(guī)律1一般物體與黑體的比較熱輻射特點(diǎn)吸收、反射特點(diǎn)一般物體輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)既吸收又反射，其能力與材料的種類及入射波長(zhǎng)等因素有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)完全吸收各種入射電磁波，不反射2.隨著溫度的升高，黑體輻射的各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)例1(多選)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖2所示，由圖可知()圖2a隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加b隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加c隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)d隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)答案acd解析由題圖可知，隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，上述變化都將反過來(lái)針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)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(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)c黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無(wú)關(guān)d如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體答案c二、能量子的理解和計(jì)算1物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài)2在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化3能量子的能量h，其中h是普朗克常量，是電磁波的頻率例2人眼對(duì)綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí)，只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺普朗克常量為6.631034 js，光速為3.0108 m/s，則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是()a2.31018 w b3.81019 wc7.01010 w d1.21018 w答案a解析因只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺所以察覺到綠光所接收的最小功率p，式中e6，又hh，可解得p w2.31018 w.例3(多選)對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是()a以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收b輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍c吸收的能量可以是連續(xù)的d輻射和吸收的能量是量子化的答案abd解析帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)是以最小能量值能量子的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的，故選項(xiàng)a、b、d正確，c錯(cuò)誤1在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度如圖3所示是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖象，則下列說(shuō)法正確的是()圖3at1t2bt1t2c隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低d隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)方向移動(dòng)答案a2(多選)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()a振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值b帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍c能量子與電磁波的頻率成正比d這一假說(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的答案bc解析由普朗克能量子假說(shuō)可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，a錯(cuò)誤，b正確；最小能量值h，c正確3小燈泡的功率p1 w，設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長(zhǎng)106 m，求小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù)是多少？(h6.631034 js)答案51018(個(gè))解析每秒鐘小燈泡發(fā)出的能量為ept1 j1個(gè)光子的能量：h j1.9891019 j小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù)：n51018(個(gè))一、選擇題(16題為單選題，78題為多選題)1對(duì)黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)分布有影響的因素是()a溫度 b材料c表面狀況 d以上都正確答案a解析黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)故a正確2能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()a能量的連續(xù)經(jīng)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牛頓提出的微粒說(shuō)答案b解析根據(jù)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律，b對(duì)3已知某種單色光的波長(zhǎng)為，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子的值為()ah b.c. d以上均不正確答案a解析由波速公式c可得：，由光的能量子公式得hh，故選項(xiàng)a正確4下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是()答案a解析隨著溫度的升高，黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系：一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)由此規(guī)律可知應(yīng)選a.5硅光電池是利用光電效應(yīng)將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能若有n個(gè)波長(zhǎng)為0的光子打在硅光電池極板上，這些光子的總能量為(h為普朗克常量)()ah bnh cnh0 d2nh0答案b解析一個(gè)光子的能量hh，則n個(gè)光子的總能量enh，選項(xiàng)b正確6在自然界生態(tài)系統(tǒng)中，蛇與老鼠和其他生物通過營(yíng)養(yǎng)關(guān)系構(gòu)成食物鏈，在維持生態(tài)平衡方面發(fā)揮著重要作用蛇是老鼠的天敵，它是通過接收熱輻射來(lái)發(fā)現(xiàn)老鼠的假設(shè)老鼠的體溫約37 ，它發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為min.根據(jù)熱輻射理論，min與輻射源的絕對(duì)溫度t的關(guān)系近似為tmin2.90103 mk，則老鼠發(fā)出的最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為()a7.8105 m b9.4106 mc1.16104 m d9.7108 m答案b解析由tmin2.90103 mk可得，老鼠發(fā)出最強(qiáng)的熱輻射的波長(zhǎng)為min m m9.4106 m，b正確72006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的微小變化他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn)下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說(shuō)法中正確的是()a一切物體都在輻射電磁波b一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)c黑體的熱輻射實(shí)質(zhì)上是電磁輻射d普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說(shuō)答案acd解析根據(jù)熱輻射的定義知，a正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，b錯(cuò)誤；普朗克在研究黑體輻射時(shí)最早提出了能量子假說(shuō)，他認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)能量子，黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射，故c、d正確8以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系的說(shuō)法中正確的是()a物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長(zhǎng)的電磁波b當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說(shuō)明它的溫度不太高c當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說(shuō)明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)d早、晚時(shí)分太陽(yáng)呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說(shuō)明中午時(shí)分太陽(yáng)溫度最高答案bc解析由輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化關(guān)系知：隨著溫度的升高各種波長(zhǎng)的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長(zhǎng)的電磁波，故正確答案為b、c.二、非選擇題9二氧化碳能強(qiáng)烈吸收紅外長(zhǎng)波輻射，這種長(zhǎng)波輻射的波長(zhǎng)范圍約是1.41031.6103m，求：(已知普朗克常量h6.631034 js，真空中的光速c3.0108 m/s.結(jié)果取兩位有效數(shù)字)(1)相應(yīng)的頻率范圍；(2)相應(yīng)的光子能量的范圍答案(1)1.910112.11011 hz(2)1.210221.41022 j解析