新高中物理 第十七章 波粒二象性 1 能量量子化导学案 新人教版选修35.doc

1能量量子化目标定位1.了解黑体辐射的实验规律.2.了解能量子的概念及其提出的科学过程.3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点一、黑体与黑体辐射问题设计1我们周围的物体都在进行热辐射为什么我们只能观察到部分物体的热辐射？答案不同物体辐射的电磁波的波长不同，波长较长的电磁波不能引起人的视觉，波长在某范围内的电磁波才能引起人的视觉2研究热辐射的规律时，为什么人们特别注意黑体辐射？答案一般材料的物体，辐射电磁波的情况与温度和材料的种类及表面状况有关，而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要点提炼1热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射2黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体3物体辐射出的电磁波与物体的温度有关室温下辐射的电磁波的波长较长，不能引起人的视觉，随着温度的升高，热辐射中较短波长的成分越来越强因此辐射强度按波长的分布情况随物体的温度有所不同4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二、黑体辐射的实验规律1黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动如图1所示图12对黑体辐射的解释：维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大；瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”三、能量子问题设计微观粒子的能量是否同宏观物体的能量一样，具有连续性？答案微观粒子的能量是分立的，而不是连续的要点提炼1定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，所辐射或吸收的能量是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的这个不可再分的最小能量值叫做能量子2大小：不可再分的最小能量值h，其中是电磁波的频率，h是普朗克常量，h6.6261034js.一、黑体辐射规律例1关于对黑体的认识，下列说法正确的是()a黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的b黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关c黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关d如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项a错误；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，故选项b错误，选项c正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项d错误答案c例2在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度如图2所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象则下列说法正确的是()图2at1t2bt1t2c随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低d随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动解析一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(t)、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动从图中可以看出，1t2，本题正确选项为a.答案a二、能量子的计算例3光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400700 nm.400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？(h6.631034 js)解析根据公式和 h可知：400 nm对应的能量子1h6.631034 j4.971019 j.700 nm对应的能量子2h6.631034 j2.841019 j.答案4.971019 j2.841019 j例4小灯泡的功率p1 w，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长106m，求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？(h6.631034 js)解析每秒钟小灯泡发出的能量为ept1 j1个光子的能量：h j1.9891019 j小灯泡每秒钟辐射的光子数：n51018(个)答案51018个1(黑体辐射规律)如图3所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，则()图3a各种波长的辐射强度都有增加b只有波长短的辐射强度增加c辐射强度的极大值向波长较短的方向移动d辐射电磁波的波长先增大后减小答案ac解析根据黑体辐射的实验规律和辐射强度与波长的关系可判断a、c正确2(能量子的理解)红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()a红光 b橙光c黄光 d绿光答案a解析在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量eh可知红光光子能量最小3(能量子的计算)某激光器能发射波长为的激光，发射功率为p，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为()a. b.c. dphc答案a解析每个光量子的能量h，每秒钟发射的总能量为p，则n.能量量子化题组一黑体辐射规律1对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的因素是()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2下列叙述正确的是()a一切物体都在辐射电磁波b一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关c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d黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波答案acd解析根据热辐射的定义知，a正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，b错误，c正确；根据黑体的定义知d正确3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以上两种理论体系任何一种都能解释d牛顿提出的微粒说答案b4下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是()a随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加b随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动c黑体热辐射的强度与波长无关d黑体辐射无任何规律答案ab解析黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动故a、b对题组二对能量子的理解和计算5对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()a以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收b辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍c吸收的能量可以是连续的d辐射和吸收的能量都可以是连续的答案a解析带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值能量子的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的故选项a正确，选项b、c、d均错6硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有n个波长为0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)()ah bnhcnh0 d2nh0答案b解析一个光子的能量hh，则n个光子的总能量enh.选项b正确7氮氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mw时，每秒发出的光子数为()a2.21015 b3.31015c2.21014 d3.31014答案b解析一个该光子的能量h.当激光器输出功率为1 mw时，每秒发出的光子数为n代入数据得n3.31015个b正确8“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成若在结两端加恒定电压u，则它会辐射频率为的电磁波，且与u成正比，即ku.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为()a. b. c2he d.答案b解析电磁波的频率、普朗克常量h、能量e之间的关系eh，因为ku，所以ehku；电压u、电量q与能量e的关系是equ，由题意知q2e，所以k.题组三综合应用9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h6.631034 js，则该紫外激光所含光子数为多少？答案4.231021(个)解析紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外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0 j5.681019 j则该紫外激光所含光子数n4.231021(个)10经