.能量量子化習(xí)題

1、17.1 能量量子化習(xí)題目標(biāo)定位1.知道熱輻射、黑體和黑體輻射的概念，知道黑體輻射的實驗規(guī)律.2.知道普朗克提出的能量子假說.一、黑體與黑體輻射1 .熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體溫度有關(guān)，所以叫熱輻射.(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同.2 .黑體定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體.(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān).想一想 在火爐旁邊有什么感覺？投入爐中的鐵塊顏色怎樣變化？說明了什么問題？答案 在火爐旁會感到熱，這是由于火爐不斷地向外輻

2、射能量.投入爐中的鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色，這表明同一物體熱輻射的強度與溫度有關(guān).二、黑體輻射的實驗規(guī)律1 .隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加.一2 .隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向著波長較短的方晌移動.想一想你認為現(xiàn)實生活中存在理想的黑體嗎？答案 現(xiàn)實生活中不存在理想的黑體，實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)，絕對黑體不存在，是理想化的模型.三、能量子1 .定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是輻射或吸收某個最小能量值的整數(shù) 倍,這個不可再分的最小能量值叫做能量子.2 .大?。?h%其中丫是中磁波的頻率： h

3、是普朗克常量：數(shù)值 h=6.626X 10 34_J_s( 一般h取_ 34 .、6.63X10 J s).一、對黑體輻射規(guī)律的理解1 . 一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān).2 .黑體是指只吸收而不反射外界射來的電磁波的物體，由于黑體只進行熱輻射，所以黑體輻射電 磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān).3 .黑體輻射的實驗規(guī)律：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.如圖17-1-1所示.圖 17 1 1【例1圖 17 12在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性

4、，就可以確定爐內(nèi)的溫度.如圖17-1-2所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是（）A. T1T2B.丁2C.隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低D.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動答案 AD解析 一般材料的物體輻射能的多少決定于物體的溫度（T）、輻射波的波長、時間的長短和發(fā)射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān).實驗表明，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.從圖中可以看出，也丁2,本題正確選項為 A、D.借題發(fā)揮 隨著溫度的升高，各

5、種波長的輻射本領(lǐng)都在增加，當(dāng)黑體溫度升高時，輻射本領(lǐng)最大值向短波方向移動，這是黑體輻射的特點，熟悉黑體輻射特點是解決問題的關(guān)鍵.針對訓(xùn)練1下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是（）答案 A解析 隨著溫度的升高，輻射強度增加，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動，A正確,B、C、D錯誤.、能量子的理解和h y的應(yīng)用1 .物體在發(fā)射或接收能量的時候，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中間狀態(tài).2 .在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮

6、能量量子化.3 .能量子的能量 彳hv,其中h是普朗克常量，v是電磁波的頻率.例2 光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是400 nm700 nm.求400 nm、700 nm電磁輻射的能量子的值各是多少？答案 4.97X10 19 J 2.84X10 19 J解析 根據(jù)公式 尸c和 彳hv可知：入8400 nm 對應(yīng)的能量子 a= h&= 6.63X 10-34*、JN400X 10= 4.97X 10 19 J.700 nm 對應(yīng)的能量子 s= h-= 6.63 X 10 34x J 卜700X 10= 2.84X 10 19 J.借題發(fā)揮（1）求解本題的關(guān)鍵是根據(jù)已知條件求每一

7、個能量子的能量.（2）這類習(xí)題數(shù)量級比較大，注意運算當(dāng)中提高運算準(zhǔn)確率.例3對于帶電微粒的輻射和吸收能量時白特點，以下說法正確的是（）A .以某一個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 帶電微粒的輻射和吸收能量時是以最小能量值能量子£的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的.故選項 A、B、D正確，C選項錯.對黑體輻射規(guī)律的理解1 .下列敘述正確的是（）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.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D.

8、黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案 ACD解析根據(jù)熱輻射定義知 A對；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點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溫度有關(guān)，B錯、C對；根據(jù)黑體定義知D對.2.下列關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的是（）A.隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加B.隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C.黑體熱輻射的強度與波長無關(guān)D.黑體輻射無任何規(guī)律答案 AB解析黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都增加，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動.故 A、B對.能量子的理解及 hv的應(yīng)用 . 一.

9、. 一3 一 一 一一 一33 .二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍約是1.4X101.6X10 m,相應(yīng)的頻率范圍是 ，相應(yīng)的光子能量的范圍是 ，（已知普朗克常量 h= 6.6X10 34J - s,真空中的光速 c= 3.0X108 m/s.結(jié)果取兩位有效數(shù)字）答案 1.9X 1011 2.1 x 1011 Hz 1.3X 10 221.4X 10 22 Jc斛析 由c=入得丫= -. 入則求得頻率范圍為 1.9X 10112.1 X1011 Hz.又由hv得能量范圍為1.3X 10-221.4X 10-22 J.4 .神光“n”裝置是我國規(guī)模最大的高功率固體激光系統(tǒng)，

10、利用它可獲得能量為2 400 J、波長入=0.35 pm的紫外激光.已知普朗克常量h = 6.63X 10 34 J - s,則該紫外激光所含光子數(shù)為多少？答案 4.23X 1021（個）解析紫外激光的波長已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根據(jù)紫外激光發(fā)射的總能量為400 J,即可求得紫外激光所含光子數(shù).hc 6.63X 10 34x 3X 108紫外激光能量子的值為0 = =6 J= 5.68X10- J.則該紫外激光所含光子數(shù)n入 0.35X10=E=-2 400 19= 4.23 X 1021（個）.電 5.68X10（時間：60分鐘）題組一黑體輻射的理解和應(yīng)用1.關(guān)于對黑體的認識，

11、下列說法正確的是（）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度按波長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度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D .如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，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，這個空腔就成了一個黑體答案 C解析 黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故選項 A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，故選項B錯誤、選項C正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑體，而不是空腔，故選項 D錯誤.2 .對黑體輻射電磁波

12、的波長分布的影響因素是（）A.溫度 B.材料C.表面狀況 D.以上都正確答案 A解析 根據(jù)黑體輻射電磁波的波長分布的決定因素，得其只與溫度有關(guān)，A對.3 .能正確解釋黑體輻射實驗規(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 牛頓提出的微粒說答案 B解析 根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿意的解釋，B 對4圖 17 1 3黑體輻射的實驗規(guī)律如圖17 1 3 所示，由圖可知()A.隨溫度升高，各種波長的輻射強度都

13、增大B 隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增大C.隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D 隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動答案ACD解析由題圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增大，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當(dāng)溫度降低時，上述變化都將反過來5 2006 年度諾貝爾物理學(xué)獎授予了兩名美國科學(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為是宇宙學(xué)研究進入精密科學(xué)時代的起點下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的是()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

14、射實質(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答案ACD解析根據(jù)熱輻射的定義，A 正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點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 錯誤；普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假說，他認為能量是一份一份的，每一份是一個能量子，黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射，故 C、D正確.題組二 能量子的理解及 £= h Y的應(yīng)用6.普朗克常量是自然界的一種基本常數(shù)，它的數(shù)值是 （）A. 6.02X 10 23 mol B. 6.625X 10 3 mol sC. 6.626x 10 34 J -

15、s D. 1.38X10 16 mol - s答案 C解析普朗克常量是一個定值，由實驗測得它的精確數(shù)值為6.626 X 10 34 Js,在記憶時關(guān)鍵要注意它的單位和數(shù)量級.7.已知某種單色光的波長為）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e的值為（）A. h-c- B.-h- 人 人c一 ，C.hT D-以上均不正確答案 A8 .某激光器能發(fā)射波長為 入的激光，發(fā)射功率為 P, c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每秒）D.入 Phc發(fā)射的光量子數(shù)為（hPcP 入hc .入 c . h答案 A解析 每個光量子的能量 £= hk 旭，每秒鐘發(fā)射的總能量為P,則n =

16、P = 4.入& hc題組三綜合應(yīng)用9 .對應(yīng)于3.4X10-19 J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？（h= 6.63X 10 34 J - s）答案 5.13X1014 Hz 5.85X 10 7 m解析根據(jù)公式s= h v和k得 入-一 19，=；=34 Hz-5.13X 1014 Hz,h 6.63X 10 34入=c= Vhc 6.63X 10 34x 3X 1083.4 X 10 19m= 5.85 x 10 7 m.10.人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時，只要每秒鐘有 6個光量子射入瞳孔，眼睛就能察覺.普朗克常數(shù)為6.63X 10

17、34 j. s,光速為3X108 m/s.人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率為多少？答案 2.3X10 18 wc解析 先根據(jù)S=hv= hc算出每個光量子的能量，每秒需要接收到6個這樣的光量子，故接收到這6入個光量子的功率就是人眼能覺察到綠光的最小功率.又因每秒有6個綠光的光量子射入瞳孔，所以，覺察到綠光所需要接收到的最小功率P = E，式中E=6©,又0=hv= h,代入數(shù)據(jù)得P =t入2.3X 10 18 W.11.小燈泡的功率 P=1 W,設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長入=10 6 m,求在距離 d =1.0X104 m處，每秒鐘落在垂直于光線方向、面積為 1 cm2的球面上的光子數(shù)是多少？ (h=6.63x 1034 .、 J - s)答案 3.98X 105個解析 每秒鐘小