1　能量量子化课程导入

课时17. 1

能量量子化

1. 了解热辐射及其特性，了解黑体及黑体辐射的概念。

2. 了解黑体辐射的特点，感悟以实验为基础的科学探究方法。

3. 了解能量子的概念及其提出的科学过程，领会这一科学过程中科学家的思想。

4. 比较能量量子化的思想与日常人们的认识，体会并接受量子化新观念。

1. 热辐射

(1)一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的①温度有关，所以叫作热辐射。

(2)当温度升高时，热辐射中②较短波长的成分越来越强。

2. 黑体与黑体辐射

(1)一般物体在热辐射的同时还会吸收和反射外来的电磁波。如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而③不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

(2)对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与④温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关;而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的⑤温度有关。

3. 黑体辐射的实验规律

随着温度的升高，黑体的各种波长的电磁波辐射强度都有⑥增加，并且，辐射强度的极大值随温度的升高而向波长⑦较短的方向移动。

4. 能量子

(1)为了得出与实验相符合的黑体辐射公式，普朗克提出振动的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的⑧整数倍，带电微粒辐射或接收能量时，也是以这个最小能量值ε为单位⑨一份一份地辐射或接收的，这个不可能再分割的最小能量值ε叫作能量子。

(2)能量子的能量与电磁波的频率成正比，即ε=⑩hν

。 (3)能量子的提出破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。

主题1：探究黑体与热辐射

问题：阅读教材中的相关内容，回答下列问题。

(1)什么是黑体?黑体与普通物体的区别是什么? (2)你认为现实世界中有没有理想的黑体? (3)教材中提到“在研究热辐射规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究”。你认为这是为什么呢?

主题2：探究黑体辐射的实验规律

问题：如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，请据此图总结出黑体辐射与温度的关系。

主题3：能量的量子化

问题：阅读教材中相关内容，回答下列问题。

(1)为什么说弹簧振子的能量是连续的，而楼梯的台阶是不连续的? (2)普朗克提出能量子的目的何在?细心体会普朗克所说的“微观世界的某些规律，在我们宏观世界看来可能非常奇怪”。

1. (考查量子化概念)以下宏观概念，属于“量子化”的是(

) A. 木棒的长度

B. 物体的质量

C. 物体的动能

D. 学生的个数

2. (考查黑体辐射)关于黑体辐射的实验规律，下列叙述正确的是(

) 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. 黑体辐射的强度与波长无关

D. 黑体辐射无任何实验规律

3. (考查能量子的定义)太阳光是由不同颜色的光混合而成的，不同颜色的光频率不同，已知红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光的频率依次增加，那么，按照普朗克的能量子假设，一个能量子的能量ε最大的是(

) A. 红光

B. 紫光

C. 都一样

D. 无法确定

4. (考查能量子的能量)氦—氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数约为(

) A. 2. 2×1015

B. 3. 2×1015

C. 2. 2×1014

D. 3. 2×1014

拓展一：黑体辐射的实验规律

1. 黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知(

) A. 随温度升高，各波长的辐射强度都增加

B. 随温度降低，各波长的辐射强度都增加

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

拓展二：能量子

2. 一盏电灯发光功率为100 W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长

λ =

6. 0×10-7 m，在距电灯10 m远处，以电灯为球心的球面上，1 m2的面积每秒通过的光子数约是(

) A. 2×1017个

B. 2×1016个

C. 2×1015个

C. 2×1023个

参考答案

知识体系梳理

①温度

②较短波长

③不发生反射

④温度

⑤温度

⑥增加

⑦较短

⑧整数

⑨一份一份

⑩hν

重点难点探究

主题1：(1)黑体是指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。黑体与普通物体的区别在于是否会反射电磁波。

(2)现实世界中不存在理想的黑体，实验中我们把空腔的小孔当作黑体。

(3)一般物体都或多或少会反射各种波长的电磁波，因而其热辐射情况既与温度有关，又与材料及表面状况有关，而黑体的热辐射只与温度有关，可见只有黑体辐射反映的是物体本身热辐射与温度的关系，所以在研究热辐射规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究。

主题2：从题图中可以看出三条规律。第一，任何温度下黑体都会同时辐射各种波长的电磁波;第二，随着温度的升高，黑体辐射不同波长的电磁波的强度都有增加;第三，随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长减小的方向移动。

主题3：(1)在弹性范围内，弹簧振子的能量可以是E，也可以使其能量变为E的任意非整数倍，因此可以说弹簧振子的能量值是连续的。而楼梯的台阶是“量子化”的，一个人上楼梯，他可以一次上一阶、二阶或三阶，但他绝对不可能上一阶半而定在那里。

连续

(2)普朗克为了得出与实验相符的黑体公式，作了多种尝试后才提出了能量子假设，然后根据能量子假设提出了与实验相吻合的黑体辐射的强度按波长分布的公式。普朗克大胆地破除了宏观世界“能量连续变化”的传统观念，揭示了微观粒子的能量是分立的，成为新物理学思想的奠基者之一。

基础智能检测

1. D

2. AB

3. B

4. B 全新视角拓展

1. ACD

【解析】直接根据黑体辐射的实验规律作出判断。

2. A

【解析】光是电磁波，辐射能量也是一份一份地进行的，100 W的灯泡每秒产生光能E=100 J，设灯泡每秒发射的能量子数为n，E=nhν=nh，在以灯泡为球心的球面上，1 m2

的面积每秒通过的能量子数为：n'=

=2. 4×1017个。