1　能量量子化PPT专用教学设计内容

17.1 能量量子化 导学案

【学习目标】

1、初步了解微观世界中的量子化现象，知道量子论的主要内容．

2、通过了解经典物理学能量连续性观点在解释“黑体辐射”现象时的失败，体会普朗克提出量子假说的伟大意义．

3、通过了解量子论的建立和发展过程，体会科学家们探求真理的无限艰辛和他们非凡的创造性思维的光芒，使学生不仅从中获取科学知识，更受到科学思维的熏陶．善于逆向思维，培养思维的灵活性、发散性和创造性．

【重点难点】

1、能量子的概念学科网

2、黑体辐射的实验规律学科网

【自主检测】

1、

黑体与黑体辐射学科网

（1）热辐射现象学科网

这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射

的现象称为热辐射。学科网

所辐射电磁波的特征与

有关。学如：铁块的温度升高科网从看不出发光到

到

色到

色，从网能量转化的角度来认识，是

能转化为

能的过程。学科网

（2）黑体学科网

能全部吸收

而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。学科网

2．黑体辐射的实验规律学科网

(1)黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有

，另一方面，辐射强度的

向波长较短的方向移动。

(2) 热力学和电磁学规律学无法解释这一规律，被称为“

”灾难。

3．能量子：超越牛顿的发现学科网

（1）1900年底，

国物理学家

提出了能量量子化理论。

（2）能量子：振动着的带电微粒只能是某一最后小能量值的E的整数倍，其中E=hν.h= ,v表示电磁波的 。

（3）机械能的变化是连续的，如弹簧的弹性势能E= ，由于形变量连续，所以E是能量的。

（4）借助 的假说，成功地解释了黑体辐射与波长的实验规律。

【知识点拨】

1、黑体和黑体辐射：

（1）为什么要研究黑体？

一般物体的热辐射除了与物体的温度有关外，还与材料的种类、表面状况有关，而黑体

1

辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关；再加上黑体材料加到同样温度时，发出的热辐射比其他物体强，因此黑体是用来建立热辐射定律的理想辐射体。

（2）绝对黑体是理想化的物理模型，生活中的烟煤是很接近黑体的材料。

（3）黑体的定义和黑体辐射实验规律的解释

如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体.黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可见光和不可见光)，黑体辐射规律的详细内容不是现阶段的学习内容，不必深究，只要了解到黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释即可. （4）黑体辐射强度与波长的关系

随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。与铁钉加热发光颜色变化的规律是一致的。

（5）黑体辐射的实验规律的理想解释

维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大

瑞利-金斯公式在短波区与实验严重不符，且当波长趋近0时，辐射强度变为无穷大。

普朗克的量子论与实验结论完全吻合

2、

能量量子化和能量子：

微观领域中，能量只能取分立的、不连续的值.即能量不能连续变化，只能按能量子的整数倍变化. 所谓能量子就是能量的最小单元.微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为：

E=hν

其中ν是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量.由实验测得h=6.63×10－34 J·s.h的准确值不必记忆，但要知道，它的值很小，数量级只有10－34. 【经典体验】

1．红、橙、黄、绿四种单色光中，它们的能量子的能量最小的是 ( ) A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光

答：A，红光频率小，所以能量子的能量最小。

2．一台功率为P的激光器，发光效率为η，发出的激光在折射率为n的介质中的波长为λ，若真空中的光速为c,普朗克常量为h,则该激光器在时间t内辐射的光子数为

。

解：介质中波长为λ的光子在真空中波长为λ，其能量为E=hc/nλ。设激光器在时间内的发射的光子数为N，则N=ηPt/E.所以N=ηPtnλ/hc 【自主探究】

1、光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400-760nm.400nm,760nm电磁辐射的能量子E的值是多少？

2

2、在一杯开水中放入一支温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？

【课堂反馈】

1．

下列说法中正确的是 ( )[来源:学科网] A. 经典力学是以牛顿的三大定律为基础的

B．经典力学在任何情况下都适用

C. 当物体的速度接近光速时，经典力学就不适用了

D．相对论和量子力学的出现，使经典力学失去了意义

2．关于热辐射，下列叙述正确的有（ ）

A．一切物体都在辐射电磁波

B．任何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是因为能量量子化

D．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波

3．某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求：

(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子? (2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率?

4．举出生活中“量子化”实例3个以上。

3

17.1 能量量子化 课时练

1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的

(

)

A．木棒的长度

B．物体的质量

C．物体的动量

D．学生的个数

2．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最大的是

(

)

A．红光

B．橙光

C．黄光

D．绿光

3．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有

(

)

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[来源:Zxxk.Com]

C．黑体热辐射的强度与波长无关

D．黑体辐射无任何实验

4．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10—18J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量丸：6．63 x10—34J·s，则进人人眼的光子数至少为

(

) A．1个

B．3个

C .30个

D．300个

5．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

6．(2007·江苏)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．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波

B．微波和声波一样都只能在介质中传播

C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射

D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说

7．(2006·全国卷1)红光和紫光相比

(

) A．红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大

B．红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大

8．红光光予的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小

10．(2004·广东、广西)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1mW时，每秒发出的光子数为

(

) A．2．2 X1015

B．3．2 X1015

C．2．2 X1014

D．3．2 X1014

9．“非典期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗? 1

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