1　能量量子化优质教案设计

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能量量子化

[学习目标]

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

[导学探究]

1.什么是热辐射？这种辐射与物体的温度有何关系？与材料种类及表面状况有关吗？

答案

(1)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，所以叫做热辐射．

(2)辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分越来越强．

(3)有关．

2．什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？

答案

(1)能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体，叫做黑体．

(2)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．而热辐射还与其他因素有关(材料的种类和表面状况)．

[知识梳理]

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，所以叫做热辐射．

(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：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．

二、黑体辐射的实验规律

[导学探究]

1.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图1所示，当温度从1300 K升高到1700 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变？辐射强度极大值对应的波长如何变化？

图1 答案

变强．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即变短．

2．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．

[知识梳理]

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．

三、能量子

[导学探究]

某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h，那么每个激光光量子的能量是多少？如激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个光量子？

cPPλ答案

不可以．光量子的能量不是连续的，而是一份一份的，E＝h.个数N＝＝. λEhc[知识梳理]

能量子

1．定义：普朗克认为，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，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．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10般取h＝6.63×10－34－34J·s(一 J·s)．

3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．

一、黑体辐射的规律

1．一般物体与黑体的比较

一般

物体

黑体

热辐射特点

辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关

辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关

吸收、反射特点

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

完全吸收入射的各种波长的电磁波，不发生反射

2.随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．

例1

下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图象中，符合黑体辐射规律的是(

)

答案

A 解析

黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射强度越大，故B、D错误；黑体辐射波长分布情况也随温度变化，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度则顺次发射可见光以至紫外辐射，即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故C错误，A正确，故选A. 二、能量子的理解和计算

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．

例2

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6.63×10则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(

) A．2.3×10－18－34 J·s，光速为3.0×108 m/s， W

B．3.8×10C．7.0×10－19－10 W W W D．1.2×10答案

A －18解析

因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．所以察觉到绿光时所接收的E最小功率P＝，

tc式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，

λ6×6.63×1034×3.0×108可解得P＝

W －530×109－≈2.3×10－18 W.