高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云学案选修.docx

2.1拨开黑体辐射的疑云学习目标重点难点1知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念。2记住黑体辐射的实验规律。3会利用普朗克能量量子假说进行简单计算和定性分析。重点：普朗克能量量子化假说。难点：黑体辐射的特点及规律。一、第二朵“乌云”“紫外灾难”1热辐射现象：物体在任何温度下都会发射电磁波，温度不同，所发射电磁波的频率、强度也不同。物体温度较低时，热辐射的波长主要落在红外区域，当温度升高时，辐射的可见光所占份额增大。2黑体：是指能够完全吸收投射到其表面的电磁波而不发生反射的物体，又叫绝对黑体。3黑体辐射的实验规律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，如图所示。由图可以看出：（1）随着温度的升高，黑体辐射各种波长电磁波的辐射本领都增大；（2）随着温度的升高，辐射本领的极大值向波长较短的方向移动。4紫外灾难如图所示，维恩公式只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验相差很大；瑞利公式是在长波部分与实验吻合，但短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射本领将趋于无穷大，显然这是荒谬的。预习交流1在莎士比亚的喜剧威尼斯的商人中，高利贷者夏洛克对什么东西都贪得无厌，人们说他是个“黑心人”，夏洛克贪的是金钱。那么“黑体”贪的是什么呢？黑体一定是黑色的吗？答案：“黑体”贪的是电磁波黑体不一定是黑色的。二、普朗克假设驱“乌云”1能量量子化假说：黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量只能是某一最小能量值h的整数倍。2能量子：黑体振子辐射或吸收的能量是不连续的，每一份最小能量h叫能量子，其中是振子的频率，h是普朗克常量，且h6.631034 Js。预习交流2用温度计测量水的温度时，我们观察到温度计的示数是连续变化的，而不是一段一段跃变的，这和能量量子化矛盾吗？答案：不矛盾。能量量子的值很小，在宏观世界里观察不到量子效应，可以认为能量是连续变化的，故温度计示数连续变化。在微观世界必须利用能量量子化理论。一、“紫外灾难”的分析下面是维恩公式和瑞利公式对照的表格。维恩公式瑞利公式理论依据经典热力学理论经典电磁理论成功之处在短波部分与实验吻合在长波部分与实验吻合不足之处在长波部分误差明显在短波部分误差明显请你分析说明，维恩理论和瑞利理论为什么都不能很好地解释黑体辐射的规律？答案：维恩和瑞利都是利用经典理论得出的结论解释黑体辐射，都认为能量是连续的，而黑体辐射能量是不连续的，是量子化的。能正确解释黑体辐射实验规律的是（）。A能量的连续经典理论B普朗克提出的能量量子化理论C牛顿提出的能量微粒说D以上三种理论体系任何一种都能解释答案：B解析：根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射本领都增加；另一方面，辐射本领的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确。1维恩理论和瑞利理论都只能从一个侧面解释黑体辐射实验规律，是因为他们都是用经典的物理理论做指导的。2普朗克引入了“能量量子化”，吻合了微观领域的能量辐射的特点，因而可以较好地解释黑体辐射实验规律。二、普朗克量子公式的应用如果知道电磁波的波长，我们怎样计算出它的能量量子值？答案：可以先用公式c求出电磁波的频率，然后再利用Eh求电磁波的能量量子值。神光“”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长0.35 m的紫外激光。已知普朗克常量h6.631034Js，则该紫外激光所含光子数为多少？答案：4.231021 个解析：紫外线的波长已知，由此可求得紫外线能量子的值，再根据激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数。紫外激光能量子的值为E0 J5.681019 J则该紫外激光所含光子数 n4.231021 个。1光的颜色决定于光的频率，要会根据光的频率判断光的颜色。2能把电磁波的波长、频率跟能量子公式结合起来，即熟练掌握PtnE、Eh、c（P为发射功率，t为发射时间，为总能量）。1对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是（）。A温度B材料C表面状况 D以上都正确答案：A解析：根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素得，其只与温度有关。2普朗克常量是自然界的一个基本常数，它的数值是（）。A6.021023 mol B6.625103 molsC6.6261034 Js D1.381016 mols答案：C解析：普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.6261034Js，在记忆时关键要注意它的单位。3以下宏观概念，哪些是“量子化”的（）。A木棒的长度 B物体的质量C物体的动量 D学生的个数答案：D解析：所谓“量子化”应该是不连续的，一份一份的，故选项D正确。4单色光从真空射入玻璃时，它的（）。A波长变长，速度变小，光量子能量变小B波长变短，速度变大，光量子能量变大C波长变长，速度变大，光量子能量不变D波长变短，速度变小，光量子能量不变答案：D解析：因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率n可知