【新步步高】2015-2016学年高中物理第十七章波粒二象性1能量量子化导学案新人教版选修3-5

1能量量子化
[ 目标定位 ] 1. 认识黑体辐射的实验规律.2. 认识能量子的观点及其提出的科学过程.3. 认识宏观物体和微观粒子的能量变化特色．
一、黑体与黑体辐射
[ 问题设计 ]
1．我们四周的物体都在进行热辐射．为何我们只好察看到部分物体的热辐射？
答案不一样物体辐射的电磁波的波长不一样，波长较长的电磁波不可以惹起人的视觉，波长在某范围内
的电磁波才能惹起人的视觉．
2．研究热辐射的规律时，为何人们特别注意黑体辐射？
答案一般资料的物体，辐射电磁波的状况与温度和资料的种类及表面状况相关，而黑体辐射电磁
波的强度按波长的散布只与黑体的温度相关．
[ 重点提炼 ]
1．热辐射：我们四周的全部物体都在辐射电磁波，这类辐射与物体的温度相关，所以叫热辐射．
2．黑体：假如某种物体能够完整汲取入射的各样波长的电磁波而不发生反射，这类物体就是绝对黑
体，简称黑体．
3．物体辐射出的电磁波与物体的温度相关．室温下辐射的电磁波的波长较长，不可以惹起人的视觉，
跟着温度的高升，热辐射中较短波长的成分愈来愈强．所以辐射强度按波长的散布状况随物体的温
度有所不一样．
4．黑体辐射电磁波的强度按波长的散布只与黑体的温度相关．
二、黑体辐射的实验规律
1．黑体辐射的实验规律：跟着温度的高升，一方面，各样波长的辐射强度都有增添；另一方面，辐
射强度的极大值向波长较短的方向挪动．如图 1 所示．
图 1
2．对黑体辐射的解说：维恩公式在短波区与实验特别靠近，在长波区则与实验偏离很大；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．因为波长很小的辐射处在紫外线波段，故
而由理论得出的这类荒唐结果被以为是物理学理论的灾害，当时称为“紫外灾害”．
三、能量子
[ 问题设计 ]
微观粒子的能量能否同宏观物体的能量同样，拥有连续性？
答案微观粒子的能量是分立的，而不是连续的．
[ 重点提炼 ]
1．定义：振动着的带电微粒的能量只好是某一最小能量值的整数倍，所辐射或汲取的能量是以这个
最小能量值为单位一份一份地辐射或汲取的．这个不行再分的最小能量值ε 叫做能量子．2．大小：不行再分的最小能量值ε＝ hν，此中ν是电磁波的频次， h 是普朗克常量， h＝×10－34J·s.
一、黑体辐射规律
例 1对于对黑体的认识，以下说法正确的选项是()
A．黑体只汲取电磁波，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散布除与温度相关外，还与资料的种类及表面状况相关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的散布只与温度相关，与资料的种类及表面状况没关
D．假如在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和汲取，最后
不可以从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
分析黑体自己辐射电磁波，不必定是黑的，应选项 A 错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的散布只与黑体的温度相关，应选项 B 错误，选项 C 正确；小孔只汲取电磁波，不反射电磁波，所以是小孔成了一个黑体，而不是空腔，应选项D错误．
答案
C
例 2 在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就能够确立炉内的温度．如图 2 所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象．则以下说法正确的
是 ()
图 2
A ．T 1 >T 2
B ．T 1 <T 2
C ．跟着温度的高升，黑体的辐射强度都有所降低
D ．跟着温度的高升，辐射强度的极大值向波长较长方向挪动
分析
一般资料的物体辐射能的多少决定于物体的温度 ( T ) 、辐射波的波长、 时间的长短和发射的面
积，而黑体
是指在任何温度下，所有汲取任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的散布只与温度有
关．实验表示，跟着温度的高升，各样波长的辐射强度都有所增添，辐射强度的极大值向波长较短
的方向挪动．从图中能够看出，
λ 1<λ 2， T 1>T 2，此题正确选项为 A.
答案
A
二、能量子的计算
例 3
光是一种电磁波，可见光的波长的大概范围是
400～ 700 nm.400 nm 、 700 nm 电磁辐射的能量
－ 34
子的值各是多少？ ( h ＝6.63 ×10J ·s) 分析
依据公式 ν ＝ c
和 ε ＝ ν 可知：
λ
h
400 nm 对应的能量子
8
c
ε 1＝
－34
×
3.0 ×10
＝6.63 ×10
400×10－ 9
J
h
λ 1
≈ 4.97 ×10 －
19 J.
700 nm 对应的能量子
3.0 ×10 8
c
＝6.63 ×10
－34
J
2
＝ h λ ×
700×10
－ 9
ε 2
≈ 2.84 ×10 －
19 J.
答案
4.97 ×10
－19
J 2.84 ×10 －19 J
例 4小灯泡的功率 P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，均匀波长λ＝ 10－6m，求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？ ( h＝6.63 ×10 －34 J·s)
分析每秒钟小灯泡发出的能量为E＝ Pt ＝1 J
1个光子的能量：
hc 6.63 ×10 －34×3×10 8
ε＝hν＝λ＝10－6J
＝1.989 ×10 －19 J
小灯泡每秒钟辐射的光子数：
E118
n＝ε＝×10－19≈5×10( 个)
答案5×1018 个
1．( 黑体辐射规律 ) 如图 3 所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象能够
看出，跟着温度的高升，则()
图 3
A．各样波长的辐射强度都有增添
B．只有波长短的辐射强度增添
C．辐射强度的极大值向波长较短的方向挪动
D．辐射电磁波的波长先增大后减小
答案AC
分析依据黑体辐射的实验规律和辐射强度与波长的关系可判断A、 C正确．
2．( 能量子的理解) 红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()
A．红光 B ．橙光
C．黄光 D ．绿光
答案A
分析在四种颜色的光中，红光的波长最长而频次最小，由光子的能量e＝ hν可知红光光子能量最小．
3．( 能量子的计算) 某激光器能发射波长为λ 的激光，发射功率为P，c 表示光速， h 为普朗克常量，
则激光器每秒发射的光量子数为()
λP hP
A. hc
B.λc
λ
cP
C. h
D ．λPhc
答案A
hc P λ P
分析每个光量子的能量ε＝ hν＝λ，每秒钟发射的总能量为P，则 n＝ε＝hc.
黑体
黑体辐射黑体辐射的特色
黑体辐射的实验规律
能量量子化
定义
能量子大小ε＝ hν
能量子假说的意义
题组一黑体辐射规律
1．对黑体辐射电磁波的波长散布有影响的要素是()
A．温度 B ．资料
C．表面状况 D ．以上都正确
答案A
分析黑体辐射电磁波的强度按波长的散布只与黑体的温度相关．
2．以下表达正确的选项是()
A．全部物体都在辐射电磁波
B．一般物体辐射电磁波的状况只与温度相关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的散布只与黑体的温度相关
D．黑体能够完整汲取入射的各样波长的电磁波
答案ACD
分析
依据热辐射的定义知， A 正确；依据热辐射和黑体辐射的特色知一般物体辐射电磁波的状况
除与温度相关外，还与资料的种类和表面状况相关，而黑体辐射只与黑体的温度相关，
B 错误，
C 正
确；依据黑体的定义知
D 正确．
3．能正确解说黑体辐射实验规律的是
(
)
A ．能量的连续经典理论
B ．普朗克提出的能量量子化理论
C ．以上两种理论系统任何一种都能解说
D ．牛顿提出的微粒说
答案
B
4．以下对于黑体辐射的实验规律表达正确的选项是 (
)
A ．跟着温度的高升，各样波长的辐射强度都有所增添
B ．跟着温度的高升，辐射强度的极大值向波长较短的方向挪动
C ．黑体热辐射的强度与波长没关
D ．黑体辐射无任何规律
答案
AB
分析 黑体辐射的规律为跟着温度的高升各样波长的辐射强度都增添，同时辐射强度的极大值向波
长较短的方向挪动．故
A 、
B 对．
题组二
对能量子的理解和计算
5．对于带电微粒的辐射和汲取能量时的特色，以下说法正确的选项是
(
)
A ．以某一个最小能量值一份一份地辐射或汲取
B ．辐射和汲取的能量能够不是某一最小值的整数倍
C ．汲取的能量能够是连续的
D ．辐射和汲取的能量都能够是连续的
答案
A
分析 带电微粒辐射和汲取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汲取
的，是不连续的．应选项
A 正确，选项
B 、
C 、
D 均错．
6．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转变为电能．如有 N 个波长为 λ 0的光子打在光电池
极
板上，这些光子的总能量为 ( h 为普朗克常量 )()
A ． ·
c
B ．
·
c
h λ 0
Nh λ 0
C ． · λ 0
D ． 2 λ 0
答案 B
分析
一个光子的能量 ε ＝ h ν＝ h
c
E ＝ Nh c
，则 N 个光子的总能量
. 选项 B 正确．
λ 0
λ0
7．氮—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，每秒发出的光子数为
(
)
A ．2.2 ×10 15
B ．3.3 ×10 15
C ．2.2 ×10 14
D ．3.3 ×10 14 答案
B
hc
Pt
分析 一个该光子的能量
ε ＝ h ν ＝ λ . 当激光器输出功率为
1 mW 时，每秒发出的光子数为 N ＝ ε ＝
Pt
N ≈ ×10
15
个． B 正确．
c 代入数据得
h λ
8．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘系统成．若在结两头加恒定电压 U ，则它会辐射频次为 ν 的电
磁波，且 ν 与 U 成正比，即 ν ＝ kU . 已知比率系数 k 仅与元电荷 e 的 2 倍和普朗克常量
h 相关．你
可能不认识此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在以下选项中，推理判断比率系数
k
的值可能为 ()
A.
h
B.
2e
C ． 2
D. 1
2e
h
he
2he
答案
B
分析
电磁波的频次 ν、普朗克常量 h 、能量 E 之间的关系 E ＝ h ν ，因为 ν ＝ kU ，所以 E ＝ hkU ；
2
电压 U 、电量 q 与能量 E 的关系是 E ＝ qU ，由题意知 q ＝ 2e ，所以 k ＝ h . 题组三
综合应用
9．神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获取能量为
2 400 J 、波长 λ
＝ 0.35 μ m 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？答案 4.23 ×10 21( 个 )
分析 紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再依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． －34×3×10 8
hc 6.63 ×10 J ≈5.68 ×10 －19
J ．则该紫外激光所含光子数
紫外激光能量子的值为
ε 0＝ λ ＝
0.35 ×10
－6
n ＝
E
＝
2
400
－ 19≈ ×10 21
(个) ．
ε
×10
10．经丈量，人体表面辐射本事的最大值落在波长为
940 μ m 处．依据电磁辐射的理论得出，物体
最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为 T λ m ＝ ×10 －
1
m ·K ，由此估量人体表面的温度
和辐射的能量子的值各是多少？
( h ＝6.63 ×10 －
34J ·s)
答案
36 ℃
2.12 ×10 －
22 J
2.90 ×10
－1
m ·k 2.90 ×10 －
1
分析
人体表面的温度为 T ＝
λ m
＝ 940×10 －
6 K ≈309 K ≈36 ℃. 人体辐射的能量子的
值为 ε ＝ h
c
8
＝6.63 ×10
－34
×
3×10 －6 J ＝2.12 ×10 －22
J.
λ m
940×10。