课件7：17.1能量量子化
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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
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
解析:根据热辐射的定义知,选项A正确;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,而黑体辐射只与黑体的温度有关,故选项B错
误,选项C正确;根据黑体的定义知选项D正确。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】 对黑体的认识,下列说法正确的是(
)
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体的温度有关外,
还与材料的种类及表面状况有关
C.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,与
材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空
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,ห้องสมุดไป่ตู้是一个常量,后人称之为普朗克常量,其值为
h=6.63×10-34 J·s。
(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。
探究一
探究二
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
强的辐射,看起来还会很明亮,如炼钢炉口上的小口。
(2)在火炉旁边有什么感觉?投入炉中的铁块颜色怎样变化?说明
了什么问题?
答案:在火炉旁会感到热,这是由于火炉不断地向外辐射能量。
投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色,直至成为黄白
色,这表明同一物体热辐射的强度与温度有关。
【课堂探究】
探究一
探究二
过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗?
要点提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了这
个人辐射的红外线的频率和强度。因此通过监测被测者辐射的红
外线的情况就知道这个人的体温。
探究一
探究二
知识归纳
对黑体和黑体辐射的理解
(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
项D错误。
答案:C
规律总结要把握黑体的含义,即黑体完全吸收电磁波而不反射电
磁波,同时本身也辐射电磁波,因而黑体并不一定是黑的。要理解
黑体辐射的特点,即黑体辐射的电磁波的强度按波长的分布只与黑
体的温度有关,与其他因素无关。
探究一
探究二
变式训练1(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
答案:ACD
探究一
探究二
对能量子的认识
问题探究
1.德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究,
于1900年推导出了普朗克公式。德国物理学家鲁本斯把它与实验
数据进行了比较,发现与实验结果“令人满意地相符”。但所有推导
都是建立在一个最重要的假设基础之上,这个假设是什么呢?
要点提示:能量量子化假设。
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=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·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。
自我检测
1.思考辨析。
(1)热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波。 (
)
解析:任何物体在任何温度下都会发生热辐射,这是由于物体中
分子、原子受到激发而发射电磁波的现象。
答案:×
(2)黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的。 (
)
解析:由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的。
答案:×
(3)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,与
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射和吸收的能量是量子化的
解析:带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子
ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的,是不连续的。故选项A、B、
D正确,选项C错误。
答案:ABD
【随堂检测】
1
2
3
1.(多选)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是(
)
A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加
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.黑体热辐射的强度与波长无关
D.黑体辐射无任何规律
解析:黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增
加,同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A、B对。
答案:AB
1
2
3
2.二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围约
4.黑体辐射的实验规律:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与
黑体的温度有关,如图所示。(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波长较短的
方向移动。
黑体辐射的实验规律
二、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
答案:1.9×1011~2.1×1011 Hz 1.3×10-22~1.4×10-22 J
1
2
3
3.“神光Ⅱ”装置是我国自主研发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
h=6.63×10-34 J·s,则该紫外激光所含光子数为多少?
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
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。
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。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700
nm。求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少?
【思考问题】 求解本题的关键是什么?
提示:根据已知条件求每一个能量子的能量。
解析:根据公式 ν= 和 ε=hν 可知:
400 nm 对应的能量子
700 nm 对应的能量子
8
-34 3.0×10
ε1=h =6.63×10 ×
1
400×10-9
8
3.0×10
ε2=h =6.63×10-34×
2
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
ℎ
ε0=
=
6.63×10-34 ×3×108
0.35×10-6
J=5.68×10-19 J。
0
则该紫外激光所含光子数 n=
答案:4.23×1021
=
2 400
21
=4.23×
10
。
-19
5.68×10
黑体与黑体辐射
问题探究
1.煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几
乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,问它的温度是否
一直在上升?
要点提示:不会,因为随着能量不断吸收,还伴随着能量的辐射,最
终将趋于平衡。
探究一
探究二
2.很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走
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)对黑体辐射的理解:任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电
磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有
一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而
被称为热辐射。
探究一
探究二
材料的种类及表面状况无关。 (
)
解析: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,
与其他因素无关。
答案:√
2.探究讨论。
(1)黑体是理想化的物理模型,那么现实中可以近似看作黑体的都
必须一定是黑色的物体吗?
答案:黑体是理想化的物理模型,但并不是只有看上去是黑色的
物体才能被近似当成黑体,有些可以看作黑体的物体由于自身有较
这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的
分布是不均匀的,而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的
频率也越高。
②在一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例
如,将钢加热到约800 ℃时,就可观察到明亮的红色光,但在同一温
度下,熔化的水晶却不辐射可见光。
探究一
探究二
黑体是理想化的物理模型,对入射电磁波只吸收不反射。
波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性。
在室温下,大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁
波——红外光。很多物体被加热到500 ℃左右时,开始发出暗红色
的可见光。随着温度的不断上升,物体逐渐亮起来,而且热辐射中
较短波长的成分越来越多,即能引起视觉的电磁波越来越多,大约
在1 500 ℃时变成明亮的白炽光。
1
能量量子化
-1-
【基础梳理】
一、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。
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。
3.一般材料的物体的辐射规律:除与温度有关外,还与材料的种类
及表面状况有关。
以看做是连续的。而研究微观粒子时,单个的能量子能量就显示出
不连续性。
探究一
探究二
知识归纳
1.普朗克的量子化假设
(1)能量子:
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
腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成
了一个黑体
探究一
探究二
解析:由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的,所以
选项A错误;由于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,所以选项B错误,选项C正确;小孔只吸收电磁波,不反射电
磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔成了一个黑体,所以选
探究一
探究二
2.普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识
有什么不同?
要点提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能
量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,
即能量不是连续的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因
为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可
(3)一般物体与黑体的比较
项目 热辐射特点
辐射电磁波的情况与温度有
一般
关,与材料的种类及表面状
物体
况有关
辐射电磁波的强度按波长的
黑体
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
完全吸收各种入射电磁波,不
反射
探究一
探究二
(4)对热辐射的理解
①在任何温度下,任何物体都会发射电磁波,并且其辐射强度按
是1.4×10-3~1.6×10-3 m,相应的频率范围是
,相应的光子
能量的范围是
。(已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空
中的光速c=3.0×108 m/s。结果取两位有效数字)
解析:由c=λν得 ν= 。则求得频率范围为1.9×1011~2.1×1011 Hz。
又由ε=hν得能量范围为1.3×10-22~1.4×10-22 J。
700×10-9
J=4.97×10-19 J。
J=2.84×10-19 J。
答案:4.97×10-19 J 2.84×10-19 J
规律总结这类习题数量级比较大,注意运算当中提高运算准确率。
探究一
探究二
变式训练2(多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下
说法正确的是(
)
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
解析:根据热辐射的定义知,选项A正确;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,而黑体辐射只与黑体的温度有关,故选项B错
误,选项C正确;根据黑体的定义知选项D正确。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】 对黑体的认识,下列说法正确的是(
)
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体的温度有关外,
还与材料的种类及表面状况有关
C.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,与
材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空
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,ห้องสมุดไป่ตู้是一个常量,后人称之为普朗克常量,其值为
h=6.63×10-34 J·s。
(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。
探究一
探究二
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
强的辐射,看起来还会很明亮,如炼钢炉口上的小口。
(2)在火炉旁边有什么感觉?投入炉中的铁块颜色怎样变化?说明
了什么问题?
答案:在火炉旁会感到热,这是由于火炉不断地向外辐射能量。
投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色,直至成为黄白
色,这表明同一物体热辐射的强度与温度有关。
【课堂探究】
探究一
探究二
过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗?
要点提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了这
个人辐射的红外线的频率和强度。因此通过监测被测者辐射的红
外线的情况就知道这个人的体温。
探究一
探究二
知识归纳
对黑体和黑体辐射的理解
(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
项D错误。
答案:C
规律总结要把握黑体的含义,即黑体完全吸收电磁波而不反射电
磁波,同时本身也辐射电磁波,因而黑体并不一定是黑的。要理解
黑体辐射的特点,即黑体辐射的电磁波的强度按波长的分布只与黑
体的温度有关,与其他因素无关。
探究一
探究二
变式训练1(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
答案:ACD
探究一
探究二
对能量子的认识
问题探究
1.德国物理学家普朗克对黑体辐射问题进行了系统的理论研究,
于1900年推导出了普朗克公式。德国物理学家鲁本斯把它与实验
数据进行了比较,发现与实验结果“令人满意地相符”。但所有推导
都是建立在一个最重要的假设基础之上,这个假设是什么呢?
要点提示:能量量子化假设。
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=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·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。
自我检测
1.思考辨析。
(1)热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波。 (
)
解析:任何物体在任何温度下都会发生热辐射,这是由于物体中
分子、原子受到激发而发射电磁波的现象。
答案:×
(2)黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的。 (
)
解析:由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的。
答案:×
(3)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,与
B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射和吸收的能量是量子化的
解析:带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值——能量子
ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的,是不连续的。故选项A、B、
D正确,选项C错误。
答案:ABD
【随堂检测】
1
2
3
1.(多选)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是(
)
A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加
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.黑体热辐射的强度与波长无关
D.黑体辐射无任何规律
解析:黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增
加,同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A、B对。
答案:AB
1
2
3
2.二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射,这种长波辐射的波长范围约
4.黑体辐射的实验规律:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与
黑体的温度有关,如图所示。(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波长较短的
方向移动。
黑体辐射的实验规律
二、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
答案:1.9×1011~2.1×1011 Hz 1.3×10-22~1.4×10-22 J
1
2
3
3.“神光Ⅱ”装置是我国自主研发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
h=6.63×10-34 J·s,则该紫外激光所含光子数为多少?
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
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。
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。
探究一
探究二
典例剖析
【例题2】光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700
nm。求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少?
【思考问题】 求解本题的关键是什么?
提示:根据已知条件求每一个能量子的能量。
解析:根据公式 ν= 和 ε=hν 可知:
400 nm 对应的能量子
700 nm 对应的能量子
8
-34 3.0×10
ε1=h =6.63×10 ×
1
400×10-9
8
3.0×10
ε2=h =6.63×10-34×
2
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
ℎ
ε0=
=
6.63×10-34 ×3×108
0.35×10-6
J=5.68×10-19 J。
0
则该紫外激光所含光子数 n=
答案:4.23×1021
=
2 400
21
=4.23×
10
。
-19
5.68×10
黑体与黑体辐射
问题探究
1.煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几
乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,问它的温度是否
一直在上升?
要点提示:不会,因为随着能量不断吸收,还伴随着能量的辐射,最
终将趋于平衡。
探究一
探究二
2.很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走
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)对黑体辐射的理解:任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电
磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有
一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而
被称为热辐射。
探究一
探究二
材料的种类及表面状况无关。 (
)
解析: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,
与其他因素无关。
答案:√
2.探究讨论。
(1)黑体是理想化的物理模型,那么现实中可以近似看作黑体的都
必须一定是黑色的物体吗?
答案:黑体是理想化的物理模型,但并不是只有看上去是黑色的
物体才能被近似当成黑体,有些可以看作黑体的物体由于自身有较
这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的
分布是不均匀的,而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的
频率也越高。
②在一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例
如,将钢加热到约800 ℃时,就可观察到明亮的红色光,但在同一温
度下,熔化的水晶却不辐射可见光。
探究一
探究二
黑体是理想化的物理模型,对入射电磁波只吸收不反射。
波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性。
在室温下,大多数物体辐射的是不能引起视觉的波长较长的电磁
波——红外光。很多物体被加热到500 ℃左右时,开始发出暗红色
的可见光。随着温度的不断上升,物体逐渐亮起来,而且热辐射中
较短波长的成分越来越多,即能引起视觉的电磁波越来越多,大约
在1 500 ℃时变成明亮的白炽光。
1
能量量子化
-1-
【基础梳理】
一、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。
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。
3.一般材料的物体的辐射规律:除与温度有关外,还与材料的种类
及表面状况有关。
以看做是连续的。而研究微观粒子时,单个的能量子能量就显示出
不连续性。
探究一
探究二
知识归纳
1.普朗克的量子化假设
(1)能量子:
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
腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成
了一个黑体
探究一
探究二
解析:由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的,所以
选项A错误;由于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,所以选项B错误,选项C正确;小孔只吸收电磁波,不反射电
磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔成了一个黑体,所以选
探究一
探究二
2.普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识
有什么不同?
要点提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能
量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,
即能量不是连续的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因
为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可
(3)一般物体与黑体的比较
项目 热辐射特点
辐射电磁波的情况与温度有
一般
关,与材料的种类及表面状
物体
况有关
辐射电磁波的强度按波长的
黑体
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
完全吸收各种入射电磁波,不
反射
探究一
探究二
(4)对热辐射的理解
①在任何温度下,任何物体都会发射电磁波,并且其辐射强度按
是1.4×10-3~1.6×10-3 m,相应的频率范围是
,相应的光子
能量的范围是
。(已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空
中的光速c=3.0×108 m/s。结果取两位有效数字)
解析:由c=λν得 ν= 。则求得频率范围为1.9×1011~2.1×1011 Hz。
又由ε=hν得能量范围为1.3×10-22~1.4×10-22 J。
700×10-9
J=4.97×10-19 J。
J=2.84×10-19 J。
答案:4.97×10-19 J 2.84×10-19 J
规律总结这类习题数量级比较大,注意运算当中提高运算准确率。
探究一
探究二
变式训练2(多选)对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下
说法正确的是(
)
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收