1　能量量子化课堂实录【2】

第十七章 波粒二象性

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能量量子化

【学习目标】

1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律. 2.知道普朗克提出的能量子假说． . 【重点难点】1理解能量子及能量量子化. 2.能量量子化的理解. 【预习导学】

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．

想一想

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？

答案

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、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．

想一想

你认为现实生活中存在理想的黑体吗？

答案

现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型．

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：6.63×10－34＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h＝6.626×10 J·s)．

－34__J·s(一般h取【课堂学习】一、对黑体辐射规律的理解

1．一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．

2．黑体是指只吸收而不反射外界射来的电磁波的物体，由于黑体只进行热辐射，所以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．

3．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．如图所示．

【课堂练习1】

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17－1－2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(

) 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

【课堂练习2】

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(

)

二、能量子的理解和ε＝hν的应用

1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．

2．在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．

3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率．

【课堂练习3】

光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁

辐射的能量子的值各是多少？

【课堂练习4】

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．辐射和吸收的能量是量子化的

【课堂练习5】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

【课堂练习6】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

【课堂练习7】二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4×103～1.6×10－－3m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是________，(已知普朗克常量h＝6.6×10－34

J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s.结果取两位有效数字) 【课堂练习8】神光“Ⅱ”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λ＝0.35 μm的紫外激光．已知普朗克常量h＝6.63×10

－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？

【课堂小结】

【巩固练习】

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

2．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

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

4.

图17－1－3 黑体辐射的实验规律如图17－1－3所示，由图可知(

) A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增大

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增大

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长的方向移动

5．2006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?悖杏胗钪嫖⒉ū尘胺浜谔迤紫喙氐乃捣ㄖ姓返氖?(

) 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

6．普朗克常量是自然界的一种基本常数，它的数值是(

) A．6.02×10－23铝 mol

B．6.625×103 mol·s －C．6.626×10－34 J·s

D．1.38×10－16 mol·s 7．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为(

) A．h

B. C.

D．以上均不正确

8．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(

) A.

B.

C.

D．λPhc

9．对应于3.4×10

－19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)

10．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个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常数为6.63×10的最小功率为多少？

11．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＝106

m，求在距离d＝1.0×104

－－34

J·s，光速为3×108

m/s.人眼能察觉到绿光时所接收到m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm2的球面上的光子数是多少？(h＝6.63×10

－34 J·s)