新教材高中物理人教版学案13-5能量量子化

5能量量子化课前自主预习一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，而且辐射强度与物体的温度相关，所以物理上把这种辐射称为热辐射．(2)热辐射的基本规律：在不同温度下辐射强度按波长的分布情况有所不同．2．黑体辐射(1)黑体物体在辐射电磁波的同时，还会吸收和反射外界射来的电磁波．如果一个物体能全部吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，我们称之为黑体．(2)黑体辐射黑体表面向外辐射电磁波，这个过程叫做黑体辐射．黑体辐射的状况只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关，能反映具有普遍意义的热辐射规律，是研究热辐射的理想模型．在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？提示：在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．二、能量子1．能量子微观世界里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值ε叫做能量子，ε＝hν，式中的ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s.2．量子化宏观世界里的能量是连续的，微观世界里的能量是不连续的，不是任意值，是量子化的，或者说是分立的．三、能级原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫能级．课堂讲练互动考点一对黑体和黑体辐射的理解(1)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．(2)对黑体辐射的理解：任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称为热辐射．(3)一般物体与黑体的比较：热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关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完全吸收各种入射电磁波，不反射(4)对热辐射的理解①在任何温度下，任何物体都会辐射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性．在室温下，大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁波——红外光；但当物体被加热到500℃左右时，开始发出暗红色的可见光．随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且热辐射中较短波长的成分越来越多，即能引起视觉的电磁波越来越多，大约在1500这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高．②在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同．例如，将钢加热到约800℃【例1】(多选)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温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【审题指导】根据热辐射的定义及黑体辐射的实验规律直接判断即可．【解析】根据热辐射的定义，A正确；因为一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确．【答案】ACD总结提能黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(A)A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确解析：根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素知，其只与温度有关．考点二能量量子化1．能量子：超越牛顿的发现(1)普朗克的量子化假设：①能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．例如，可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也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ε叫做能量子；②能量子公式：ε＝hν，ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量，其值h＝6.626×10－34J·s；③能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．(2)能量子假说的实验证实：普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意地相符”．如图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值．(3)普朗克的能量子假说的意义：普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发现产生了革命性的影响．2．能量的量子化微观粒子的能量与宏观世界的能量的认识不同．例如，一个宏观的弹簧振子，把小球推离平衡位置后开始振动，能量为E.第二次我们可以把它推得稍远一些，使它振动的能量稍多一些，例如1.2E或1.3E.推得更远，能量更大．弹簧振子的能量不是某一个最小值的整数倍．只要在弹性限度内，我们可以把小球推到任何位置，其能量可以是任何值．即对弹簧振子的能量，我们说能量值是连续的；而普朗克的假说则认为，微观粒子的能量是量子化的，或说微观粒子的能量是分立的.【例2】一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1mA．2×1017 B．2×1016C．2×1015 D．2×1023【审题指导】1.每个光子的能量是多少？2．电灯每秒钟产生的光能是多少，这些光能包含多少个光子？【解析】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100W灯泡每秒产生光能E＝100J，设电灯每秒发出的光子数为n，E＝nhν＝nheq\f(c,λ)，在以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子(能量子)数n′＝eq\f(n,4πr2)，n′＝eq\f(Eλ,4πr2hc)＝eq\f(100×6.0×10－7,4×3.14×102×6.63×10－34×3×108)≈2×1017(个)．【答案】A总结提能此类题一定要注意空间想象能力，并把画面想象出来．同时要注意关键字眼，如“每秒”“1m2太阳光垂直射到地面上时，地面上1m2(1)假设认为可见光的波长约为0.55μm，日地间距离R＝1.5×1011m．普朗克常量h＝6.6×10(2)若已知地球的半径为6.4×106答案：(1)4.9×1044个(2)1.8×1014kW解析：(1)设地面上垂直阳光的每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n，则有P×45%＝nheq\f(c,λ).解得：n＝eq\f(0.45λP,hc)＝eq\f(0.45×0.55×10－6×1.4×103,6.6×10－34×3×108)个·m－2＝1.75×1021个·m－2.则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2≈4.9×1044(个)．(2)地球接收阳光的总功率P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.课堂达标演练1．以下宏观概念，是“量子化”的是(D)A．木棒的长度B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数解析：所谓“量子化”应该是不连续的，一份一份的．故正确选项为D.2．(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(AC)A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动解析：根据黑体辐射的实验规律和题图知，A正确，B错误；温度升高时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，C正确，D错误．3．(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是(BC)A．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．能量子与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的解析：根据普朗克能量子假说知，A错误，B、C正确；普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，D错误．4．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37℃，