配套K12人教版高中物理選修3

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1能量量子化

[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解黑體輻射的試驗(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)．

一、黑體與黑體輻射

[導(dǎo)學(xué)探究](1)黑體就是黑色的物體嗎？

答案我們所說的黑體并不是指物體的顏色，它是指能完全吸收各種波長(zhǎng)的電磁波的物體．(2)好多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走過，便可知道他的體溫是多少？你知道其中的道理嗎？

答案根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的高低，直接決定了該人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度．通過監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的狀況就可知道該人的體溫．[知識(shí)梳理]對(duì)黑體和黑體輻射的認(rèn)識(shí)(1)熱輻射

①定義：我們周邊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)的分布狀況隨物體的溫度而有所不同．室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長(zhǎng)較長(zhǎng)(填“較長(zhǎng)〞或“較短〞)的電磁波，不能引起人們的視覺；溫度升高時(shí)，較短(填“較長(zhǎng)〞或“較短〞)波長(zhǎng)的成分越來越強(qiáng)．(2)黑體及黑體輻射特點(diǎn)小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

①定義：假使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)．[即學(xué)即用](多項(xiàng)選擇)以下表達(dá)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狀況只與溫度有關(guān)

C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波答案ACD

解析我們周邊的一切物體都在輻射電磁波，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狀況除與溫度有關(guān)外，還與材料的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，C正確；根據(jù)黑體的定義知D正確．二、黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律

[導(dǎo)學(xué)探究](1)黑體輻射的強(qiáng)度與什么有關(guān)？有怎樣的關(guān)系？

(2)物理學(xué)家維思和瑞利在對(duì)黑體輻射做出解釋時(shí)，各在什么區(qū)與試驗(yàn)接近，什么區(qū)偏離較大？

答案見知識(shí)梳理

[知識(shí)梳理]黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律

(1)黑體輻射的試驗(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)對(duì)黑體輻射的解釋：維恩公式在短波區(qū)與試驗(yàn)十分接近，在長(zhǎng)波區(qū)則與試驗(yàn)偏離很大；瑞利公式在長(zhǎng)波區(qū)與試驗(yàn)基本一致，但在短波區(qū)與試驗(yàn)嚴(yán)重不符．由于波長(zhǎng)很小的輻射處在紫外線波段，故而由理論得出的這種荒誕結(jié)果被認(rèn)為是物理學(xué)理論的災(zāi)難，當(dāng)時(shí)稱為“紫外災(zāi)難〞．

[即學(xué)即用]以下描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射試驗(yàn)規(guī)律的是()

小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

答案A

解析隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度增加，輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，A正確，B、C、D錯(cuò)誤．三、能量子

[導(dǎo)學(xué)探究]普朗克的能量量子化的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有什么不同？答案宏觀世界中的能量可以是任意值，是連續(xù)的，而普朗克認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，是一份一份的．

[知識(shí)梳理]對(duì)能量子和能量量子化的認(rèn)識(shí)(1)普朗克的假設(shè)

振動(dòng)著的帶電微粒能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍，即：能量的輻射或者吸收只能是一份一份的，這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子公式

ε＝hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量，h＝6.626×10(一般取h＝6.63×10(3)能量的量子化

在微觀世界中能量是量子化的，或者說是微觀粒子的能量是分立的，這種現(xiàn)象叫能量的量子化．

小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

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J·s.

J·s)

小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

(4)普朗克假設(shè)的意義

①借助于能量的假說，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式，與試驗(yàn)符合之好令人擊掌叫絕．

②普朗克在1900年能把量子列入物理學(xué)，正確地破除了“能量連續(xù)變化〞的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學(xué)思想的基石之一．

[即學(xué)即用](多項(xiàng)選擇)以下宏觀概念中，哪些是“量子化〞的()A．物體的帶電荷量C．物體的動(dòng)量答案AD

解析所謂“量子化〞應(yīng)當(dāng)是不連續(xù)的，是一份一份的，應(yīng)選A、D.

B．物體的質(zhì)量D．學(xué)生的個(gè)數(shù)

一、黑體輻射的規(guī)律

例1(多項(xiàng)選擇)黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律如圖1所示，由圖可知()

圖1

A．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)

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)小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

小學(xué)+初中+高中+努力=大學(xué)

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．答案ACD歸納總結(jié)

1．理解和熟記輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系圖象是解此類問題的關(guān)鍵．

2．黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類和表面狀況無關(guān)．二、能量子的理解和計(jì)算

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530nm的綠光時(shí)，只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能覺察．普朗克常量為6.63×10則人眼能覺察到綠光時(shí)所接收到的最小功率是()A．2.3×10C．7.0×10

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J·s，光速為3.0×108m/s，

WB．3.8×10

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WW

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WD．1.2×10

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解析因只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能覺察．所以覺察到綠光所接收的最6×6.63×1034×3×108Ec

小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝W－tλ530×109－

≈2.3×10答案A

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W.

歸納總結(jié)

1．普朗克能量子假設(shè)認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的．2．能量子的大?。害牛絟ν，其中ν是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，稱為普朗克常量，其值為h＝6.626×10

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J·s.

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針對(duì)訓(xùn)練小燈泡的功率P＝1