1　能量量子化教学设计第一课时

[目标定位] 1.了解黑体辐射和能量子的概念. 2.了解黑体辐射的实验规律. 3.知道普朗克提出的能量子假说．

一、黑体与黑体辐射

1．热辐射

(1)定义：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)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同．

2．黑体

(1)定义：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．

(2)黑体辐射特点：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．

【深度思考】

任何物体都能辐射红外线，辐射强度与温度有关．那辐射强度和颜色又有什么关系？将铁块投在火炉中，铁块的颜色会随着温度的升高而发生哪些变化？

答案

热辐射的强度与温度之间有着密切的关系，也就是辐

射的波长与温度有关，波长与颜色有关．铁块在火炉中的颜色随温度的升高而变化．依次是暗红、赤红、橘红、黄白．

【例1】

近年来军事行动中，士兵都配带“红外夜视仪”，在夜间也能清楚地看清目标，主要是因为(

) A．“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体

B．一切物体均在不停地辐射红外线

C．一切高温物体均在不停地辐射红外线

D．“红外夜视仪”发射出X射线，被射物体受到激发而发出红外线

答案

B 二、黑体辐射的实验规律

1．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．

2．随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．如图1所示．

图1 【深度思考】

黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？

答案

不对．黑体是理想化的模型，在低温时所辐射的各种波长的电磁波中强度最大的是红外线，这时看起来是黑色的；当黑体达到高温时，辐射的各种波长的电磁波强度均增加，其中强度最大的为可见光，这时黑体是明亮的．

【例2】

(多选)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2 A．T1>T2

B．T1

C．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短方向移动

答案

AD 总结

1．理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图象是解此类问题的关键．

2．黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类和表面状况无关．

三、能量子

1．定义

普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值叫做能量子．

2．大小

ε＝hν，其中ν6.63×10－34是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626×10－34_J·s(一般h取

J·s)．

【例3】

人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×103.0×10 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(

) A．2.3×10C．7.0×10答案

A 总结

ε＝hνE＝PtE＝nεc＝λν―→光的频率――→能量子的能量――→每秒内发射能量子的总能量――→能量子的个数．解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝nε等关系式．

针对训练

神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34－188－34J·s，光速为W W B．3.8×10D．1.2×10－19W W －10－18

J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(保留两位有效数字) 21答案

4.2×10

自测

1．(对黑体辐射规律的理解)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．牛顿提出的能量微粒说

答案

B 2．(对黑体辐射规律的理解)(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是(

) A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波

B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高

C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强

D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高

答案

BC

3．(能量子的理解及ε＝hν的应用)(多选)关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法正确的是(

) A．认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的

B．认为能量值是连续的

C．认为微观粒子的能量是量子化的、连续的

D．认为微观粒子的能量是分立的

答案

AD 4．(能量量子化理解及ε＝hν的应用)红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个脉冲．现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×10 W，所发射的光脉冲持续时间Δt＝1.0×10(1)每个光脉冲的长度．

(2)每个光脉冲含有的光子数．(已知h＝6.63×10答案

(1)3.0×10 m (2)3.5×10个

分组练习

题组一

黑体辐射的理解和应用

1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是(

) A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波

B．温度越高，物体辐射的电磁波越强

C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关

D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色

答案

B 2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是(

) A．温度 C．表面状况 答案

A 3．下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是(

) B．材料 D．以上都正确

－313－34－116s，波长为693.4 nm(1 nm＝10 m)，求：

－9

J·s，结果保留两位有效数字)

答案

A 4．(多选)2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是(

) A．微波和声波一样都只能在介质中传播

B．一般物体辐射电磁波的情况只与黑体温度有关

C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射

D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说

答案

CD 题组二

能量子的理解及ε＝hν的应用

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 6．硅光电池是将光辐射的能量转化为电能．若有N个波长为λ0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)(

) A．h λ0C．Nhλ0 答案

B 7．某激光器能发射波长为λ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(

) λPA. cB．Nh λ0D．2Nhλ0

chcB.hP λcC.cPλ hD．λPhc

答案

A

题组三

综合应用

8．40瓦的白炽灯，有5%的能量转化为可见光．设所发射的可见光的平均波长为580 nm，那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少？(普朗克常量h＝6.63×103.0×10 m/s) 答案

5.8×10个

9．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10朗克常量为6.63×10答案

302个

10．小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10 m，求在距离d＝1.0×10

m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm的球面上的光子数是多少？(h＝6.63×10－3442－6－34－18188－34

J·s，光速c＝

J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普

J·s，则进入人眼的光子数至少为多少个？

J·s，结果保留三位有效数字) 答案

3.98×10个

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