高中物理 第17章 第1節(jié) 能量量子化 新人教版選修3-5

1、第十七章波粒二象性,第1節(jié)能量量子化,欄目鏈接,學(xué) 習(xí) 目 標(biāo),1了解黑體輻射，感悟以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法 2了解能量子的概念及提出的科學(xué)過(guò)程，領(lǐng)會(huì)這一科學(xué)突破過(guò)程中科學(xué)家的思想 3通過(guò)觀察熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖象培養(yǎng)學(xué)生觀察能力 4了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí),欄目鏈接,1熱輻射 (1)定義：我們周?chē)囊磺形矬w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：在熱輻射的同時(shí)，物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來(lái)的電磁波如果一些物體能夠完全吸收投射到其

2、表面的各種波長(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(chēng)黑體,欄目鏈接,2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布與黑體的溫度有關(guān) 注：一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類(lèi)及表面狀況有關(guān) 3黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 19世紀(jì)末，物理學(xué)家從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面都研究了各種溫度下的黑體輻射，測(cè)量了它們的黑體輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的情況，得出圖甲所示的實(shí)驗(yàn)曲線,欄目鏈接,1)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) (2)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的理論解釋 維恩公式解釋?zhuān)?896年，德國(guó)物理學(xué)家維恩(W.K.Wien)從

3、熱力學(xué)理論出發(fā)，得到了一個(gè)公式，但它只是在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符，而在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)存在明顯的差異(如圖乙所示,瑞利公式解釋?zhuān)?900年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利(J.Rayleigh)從經(jīng)典電磁理論出發(fā)推導(dǎo)出一個(gè)公式，其預(yù)測(cè)結(jié)果如圖乙所示，在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)吻合，在短波部分偏差較大，尤其在紫外線一端，當(dāng)波長(zhǎng)趨于0時(shí)，輻射本領(lǐng)將趨于無(wú)窮大這種情況被人們稱(chēng)為“紫外災(zāi)難,嘗試應(yīng)用 1(多選)下列關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律敘述正確的是(AB) A隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加 B隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) C黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān) D黑體輻射無(wú)任何規(guī)律 解析：黑體輻射的規(guī)律

4、為隨著溫度的升高各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加，同時(shí)輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)故A、B對(duì),欄目鏈接,1能量子 (1)能量子的定義 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)倍例如，可能是或2、3當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也就是以這個(gè)最小能量為單位一份一份地輻射或吸收時(shí)這個(gè)不可再分的最小能量值叫作能量子,2)能量子公式 h 是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，后被稱(chēng)為普朗克常量(Planck constant)，其值為 (3)能量的量子化 在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化,2量子化假設(shè)的實(shí)驗(yàn)證實(shí) 普朗克公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)它與實(shí)驗(yàn)結(jié)果“令人滿意地相符

5、”比較圖線如下圖所示，曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的，小圓代表實(shí)驗(yàn)值,3普朗克的量子化假設(shè)的意義 普朗克的能量子假設(shè)，使人類(lèi)對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 嘗試應(yīng)用 2神光“”裝置是我國(guó)規(guī)模最大的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2 400 J、波長(zhǎng)0.35 m的紫外激光已知普朗克常量 Js，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少,欄目鏈接,多選)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知(,欄目鏈接,A隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 B隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 C隨溫度升高，輻射強(qiáng)度

6、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) 【審題指導(dǎo)】本題考查的是讀圖的能力，由圖可得出波長(zhǎng)與輻射強(qiáng)度及溫度之間的關(guān)系 解析：黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大故A正確，B錯(cuò)誤隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)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)，故CD正確 答案：ACD,欄目鏈接,變式訓(xùn)練 1黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，圖中畫(huà)出了三種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系可見(jiàn)，一方面，隨著溫度的降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有_(選填“增加”或“減少”)，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)_(選填“較長(zhǎng)”或“較短”)的方向移動(dòng),欄目鏈接,解析：由圖可知，隨溫度的降低，相同波長(zhǎng)的光輻射強(qiáng)度都會(huì)減??；同時(shí)最大輻射強(qiáng)度向右側(cè)移動(dòng)，即向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 答案：減少較長(zhǎng),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 m，相應(yīng)的頻率范圍