1　能量量子化教案设计

第17章第1节

能量量子化

【知识与技能】

1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射

2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系[来源:学§科§网Z§X§X§K] 3．了解能量子的概念

【过程与方法】

了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

【情感态度与价值观】

领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

【教学重难点】

★教学重点：能量子的概念

★教学难点：黑体辐射的实验规律

【教学过程】

★重难点一、黑体与黑体辐射★

1．热辐射．

(1)定义：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)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．

2．黑体．

(1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波．如果一些物体能够完全吸收投射到其表面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．

★对黑体及黑体辐射的理解

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。

2．一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光波长等因素有关

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

【特别提醒】

(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。

(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。

(3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。

★黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关．

注：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．

3．黑体辐射的实验规律．

19世纪末，物理学家从实验和理论两方面都研究了各种温度下的黑体辐射，测量了它们的黑体辐射强度按波长分布的情况，得出图甲所示的实验曲线．

(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．

(2)黑体辐射实验规律的理论解释．

①维恩公式解释：1896年，德国物理学家维恩(W.K.Wien)从热力学理论出发，得到了一个公式，但它只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验存在明显的差异(如图乙所示)．

②瑞利公式解释：1900年，英国物理学家瑞利(J.Rayleigh)从经典电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果如图乙所示，在长波部分与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”．

【典型例题】

(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(

) 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长的方向移动

【审题指导】本题考查的是读图的能力，由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系．

【答案】ACD 【解析】黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大．故A正确，B错误．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动，故CD正确．

★重难点二、能量量子化★

1．能量子．

(1)能量子的定义．

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，也就是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收时．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．

(2)能量子公式．

ε＝hν

ν是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗克常量(Planck constant)，其值为

(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，这种现象叫作能量的量子化．

2．量子化假设的实验证实．

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”．比较图线如下图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值．

【典型例题】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

，则该紫外激光所含光子数为多少？

【答案】4.23×1021(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：

则该紫外激光所含光子数：