1　能量量子化课件配套优秀教案设计

1 能量量子化

学

习

目

标

知

识

脉

络

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．(重点) 2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系．(重点)

能

量

量

子

化

[先填空] 1．黑体与黑体辐射

(1)热辐射

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．物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强．

1

(2)黑体

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．

(3)黑体辐射的实验规律

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

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．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．

(4)维恩和瑞利的理论解释

①建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释．

②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．

③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”．

2．能量子

(1)普朗克的假设

振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的整数倍.即能的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．

(2)能量子公式

ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s.(一般取h＝6.63×10－34J·s) (3)能量的量子化

在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．这种现象叫能量的量子化．

(4)普朗克理论

①借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合之好令人击掌叫绝．

②普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．

[再判断] 2

1．能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．(√) 2．温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．(√) 3．微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．(√) 4．能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(√) 5．光滑水平桌面上匀速运动的小球的动能也是量子化的．(×) [后思考] 1．黑体是指黑颜色的物体吗？

【提示】

黑体不是指黑颜色的物体，是指能完全吸收电磁波的物体．

2．为了得出同实验相符的黑体辐射公式，普朗克提出了什么样的观点？

【提示】

普朗克提出了量子化的观点．量子化是微观世界的基本特点，其所有的变化都是不连续的．

[合作探讨] 探讨1：热辐射一定在高温下才能发生吗？

【提示】

热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都能发出一定的热辐射，如任何物体都在不停地向外辐射红外线，这就是一种热辐射，即使是冰块，也在向外辐射红外线，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强．

探讨2：黑体不存在，为什么还研究黑体？

【提示】

黑体是一个理想化的物理模型．通过建立这样一个模型，会给研究带来方便．

[核心点击]

图17-1-1 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17-1-1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

3

一般物体

黑体

热辐射特点

吸收、反射特点

辐射电磁波的情况与温度有关，既吸收又反射，其能力与材料的种与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

类及入射波长等因素有关

完全吸收各种入射电磁波，不反射

3．黑体辐射的实验规律

(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．

(2)随着温度的升高

①各种波长的辐射强度都有增加；

②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图17-1-2所示．

图17-1-2 4．普朗克的量子化假设的意义

(1)普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．成为物理学发展史上一个重大转折点．

(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．

1．(多选)黑体辐射的实验规律如图17-1-3所示，由图可知(

)

图17-1-3 A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加

4

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

【解析】

由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．

【答案】

ACD 2．(多选)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．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关

D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

【解析】

根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．

【答案】

AD

电磁波的辐射和吸收

(1)比较辐射、吸收首先要分清是黑体还是一般物体．

(2)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．

(3)能量子假说的意义：可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象．

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