人教版高二物理选修3-5 17.1 能量量子化
人教课标版高中物理选修3-5：《能量量子化》课件-新版
能量
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
经典 量子
Байду номын сангаас
e0 ( , T )
实验值
普朗克
1
2
3
4
5
6
7
8
9 λ (μ m)
普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 1.黑体辐射公式 1900.10.19 普朗克在德国 物理学会会议上提出一个 黑体辐射公式
2πh M (T ) 2 h / kT c e 1
对热辐射的初步认识:
任何物体任何温度均存在热辐射 温度 发射的能量 电磁波的短波成分 如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯
昏黄色
贼亮 刺眼
直觉:
低温物体发出的是红外光
炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光 注意： 热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射
平衡热辐射
加热一物体 物体的温度恒定时
热辐射
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波 长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到 激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电 磁波的特征与温度有关。
例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
1400K
这种与温度有关的辐射 称为热辐射 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程
h 6.626 10 焦 秒
34
黑体辐射的研究卓有成效地 展现在人们的眼前，紫外灾难 的疑点找到了，为人类解决了 一大难题。使热爱科学的人们 又一次倍感欣慰，但真理与谬 误之争就此平息了吗？
物理难题： 1888 年，霍瓦 (Hallwachs) 发 现一个带负电的金属板被紫外光照射会 放电。近10年以后，1897年，J.Thomson 发现了电子 ，此时，人们认识到那就是 从金属表面射出的电子，后来，这些电 子被称作光电子 (photoelectron)，相应的 效应叫做光电效应。人们本着对光的完 美理论（光的波动性、电磁理论）进行 解释会出现什么结果？
新人教版选修3-5《171_能量量子化》课时训练物理试卷有答案
新人教版选修3-5《17.1 能量量子化》课时训练物理试卷一、黑体与黑体辐射第十七章波粒二象性第1节能量量子化1. 黑体：是指能够________吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
2. 热辐射：周围的一切物体都在辐射________，这种辐射与物体的________有关。
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________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________有关，如图所示。
①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都________；②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长________的方向移动。
二、能量子定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的________。
即：能的辐射或者吸收只能是________。
这个不可再分的最小能量值ε叫做________。
能量子大小ε＝ℎν，其中ν是电滋波的频率，ℎ称为________常量。
ℎ＝________J⋅s （一般取ℎ＝6.63×10−34J⋅s）。
能量的量子化在微观世界中微观粒子的能量是________的，或者说微观粒子的能量是________的。
这种现象叫能量的量子化。
【概念规律练】关于热辐射，下列说法中正确的是（）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的温度有关D.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的（）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已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为ℎ，则电磁辐射的能量子ε的值为（）A.ℎcλB.ℎλC.cℎλD.以上均不正确神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ为0.35μm的紫外激光，已知普朗克常量ℎ＝6.63×10−34J⋅s，则该紫外激光所含光子数为（）A.2.1×1021个B.4.2×1021个C.2.1×1015个D.4.2×1015个一、【方法技巧练】利用能量子的关系式求解有关问题氦-氖激光器发出波长为633nm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.2.2×1015B.3.2×1015C.2.2×1014D.3.2×1014小灯泡的功率P＝1W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10−6m，求在距离d＝1.0×104m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1cm2的球面上的光子数是多少？(ℎ＝6.63×10−34J⋅s)课后巩固练对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是（）A.温度B.材料C.表面状况D.质量能正确解释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.以上两种理论体系任何一种都能解释D.牛顿提出的能量微粒说下列说法正确的是（）A.微观粒子的能量变化是跳跃式的B.能量子与电磁波的频率成正比C.红光的能量子比绿光大D.电磁波波长越长，其能量子越大红、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.绿光单色光从真空射入玻璃时，它的（）A.波长变长，速度变小，光量子能量变小B.波长变短，速度变大，光量子能量变大C.波长变长，速度变大，光量子能量不变D.波长变短，速度变小，光量子能量不变关于光的传播，下列说法中正确的是（）A.各种色光在真空中传播速度相同，在介质中传播速度不同B.各种色光在真空中频率不同，同一色光在各种介质中频率相同C.同一色光在各种介质中折射率不同，不同色光在同一介质中折射率相同D.各种色光在同一介质中波长不同，同一色光在真空中的波长比任何介质中波长都长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对一束太阳光进行分析，下列说法正确的是（）A.太阳光是由各种单色光组成的复色光B.在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为红光C.在组成太阳光的各单色光中，其能量最强的光为紫光D.组成太阳光的各单色光的能量都相同在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成生物链，在维持生态平衡方面发挥重要作用，蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的，假设老鼠的体温约37∘C，它发出的最强的热辐射的波长为λ(m)，根据热辐射理论，λ(m)与辐射源的绝对温度的关系近似为Τλ＝2.90×10−3m⋅K．老鼠发出最强的热辐射的波长为（）A.7.9×10−5mB.9.4×10−6mC.1.16×10−4mD.9.7×10−8m由能量的量子化假说可知，能量是一份一份的而不是连续的，但我们平时见到的宏观物体的温度升高或降低，为什么不是一段一段的而是连续的，试解释其原因。
高二下学期物理人教版选修3-5第十七章第一节能量量子化 课件
4.下列有关黑体辐射的说法中正确的是（ BC ） A.在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射强度都 增加，辐射强度极大值向频率较低的方向移动 B.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 C.黑体可以吸收一切波长的电磁波，但不反射 D.黑体辐射实验揭示了振动着的带电微粒的能量是连续的
5.在新冠肺炎疫情防控期间，红外线体温计采用非接触的方式 感应人体的体温，安全、方便、快捷。其原理是采用红外传感 器吸收人体辐射的红外线，由人体最强辐射的波长与物体的绝 对温度的关系Tλm=2.9×10-3K·m得出人体表面的温度。已知热 力学温度与摄氏温度之间的关系为T=t+273K。则（ D ） A.人体在某一温度下只辐射某一固定波长的红外线
A.hP/λc B.λP/hc
C.cPλ/h
D.λPhc
10.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600nm，普朗克常量为6.63×10-34J·s，则 进入人眼的光子数至少为（ B）
A.1个 B.3个 C.30个 D.300个
11.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm 的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能 察觉，普朗克常量为6.63×10-34J·s，光速为3×108m/s， 则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是（ A ）
【思考与讨论】
一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比， 你会发现什么？为什么？
黑体与黑体辐射 1.如果某种物体在任何温度下都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。 2.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，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。
人教版高中物理选修3-5 第十七章 第1节 《能量量子化》 (共19张PPT)
黑体辐射的实验规律
利用分光技术和热电偶等设备， 能够测出它所辐射的电磁波强度 按波长的分布情况绘制出如图所 示的图像，从实验数据可以看出： 一随温度的升高，各种波长的辐 射强度都有增加。二辐射强度的 极大值向波长较短的方向移动。
能量子
• 能量子（quantum）是现代物理的重要概 念。最早是由德国物理学家M·普朗克在 1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐 射能量是不连续的，只能取能量基本单位 的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的 实ν=������������得
ν=ℎ������
=
3.4×10-19 6.63×10-34
Hz=5.13×1014 Hz,
λ=������������
=
3.0×108 5.13×1014
m=5.85×10-7 m。
5.13×10-14 Hz 的频率属于黄光的频率范围,它是黄光,其波长为
又或者是星体轨迹的运算即使 出现了0.01的偏差其导致的结 果也是灾难性的，所以，根据
量子原理所组建的原子钟，完
美的解决了这个问题，最厉害 的艳原子钟，即使过了2000万 年，其时间误差依然能保持在 1秒之内。
• 在军事领域上，量子力学可 谓是大显神威，无论是核武 器的研究，又或者是导弹系 统的创建它都参与其中，甚 至连激光武器，都离不开量 子力学。激光武器之所以能 被开发运用，其根本理论来 源于普朗克发现的量子力学 原理，里面详细介绍了光子， 电子等现代激光武器的原理。
铁块在温度升高时颜色的变化
发展历史
• 发展历史 • 1889年O.lummer等测定了黑体辐射光谱能量分布
的实验数据。 • 1879年J.Stefan根据实验数据确立了黑体辐射力正
比绝对温度的四次方规律。 • 1884年L.Boltzmann从理论上证实了上述定律。 • M.Planck • M.Planck • 1896年Wien位移定律。 • 19世纪末L.Rayleigh-J.H.Jeans公式。 • 1900年M.Planck定律。
人教版高中物理选修3-5课件：17-1能量量子化 (共50张PPT)
质疑探究
1．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？ 提示：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 到成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．
2．结合教材P27图17.1－1思考黑体是黑色的吗？热辐射的 物体温度一定很高吗？ 提示：我们说的黑体并不是指物体的颜色，它是指能完全 吸收电磁波的物体；热辐射不一定需要高温，任何温度的物体 都存在热辐射，只是温度的高低影响热辐射的强弱．
趋于无穷大
，这显然与客观事实不
符．由于高频范围的辐射是在紫外波段，故而被当时的科学家 称为“紫外灾难”．
三、能量子 1．能量子 微观世界里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值ε叫 能量子 电磁波的频率 做 ，ε＝hν，式中的ν是 ，h是普朗克常 6.63×10－34 量，h＝ J· s. 2．量子化 宏观世界里的能量是连续的，微观世界里的能量是 不连续 的，不是任意值，是 量子化 的，或者说是分立的．
－34
J· s.
2.用能量子观点解释黑体辐射的实验规律：普朗克能量子假 设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是 分立的．借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按 波长分布的公式，与实验符合得很好．
现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红 外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不 存在，是理想化的模型．
)
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．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
【思路启迪】
1.热辐射的定义是什么？
高二下学期物理人教版选修3-5课件：17.1能量量子化
例 2 太阳光垂直射到地面上时，地面上 1 m2 接收的太阳光的功率为 1.4 kW，其中可见光部分约占 45%。假如认为可见光的波长约为 0.55 μm，日地 间距离 R＝1.5×1011 m。普朗克常量 h＝6.6×10－34 J·s，估算：
(1)地面上 1 m2 面积上每秒接收到的可见光光子数？ (2)太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？
012课前堂0自探3课主究后学评课习价时作业
2．黑体
(1)定义：某种物体能够__□0_4_完__全__吸__收____入射的各种波长的电磁波而不发 生___□_0_5_反__射______，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的
___□_0_6_温__度______有关。
提示：黑体辐射只与温度有关，而一般物体辐射还与材料种类和表面状 况有关。
012课前堂0自探3课主究后学评课习价时作业
提示
(2)黑体辐射时只辐射可见光吗？ 提示：不是。黑体可以辐射各种波长的电磁波。
012课前堂0自探3课主究后学评课习价时作业
提示
[规范解答] 根据热辐射的定义，A 正确；因为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 B 错误，C 正确；根据黑体的定义知 D 正确。
012课前堂0自探3课主究后学评课习价时作业
2．(对黑体辐射的理解)对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是( )
A．温度
B．材料
C．表面状况 D．质量
答案 A
解析 黑体辐射随波长的分布只与温度有关，A 正确。
012课前堂0自探3课主究后学评课习价时作业
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一、黑体与黑体辐射（量子力学的萌芽）
1．热辐射 (1)定义：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，所以叫热辐射。 (2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2．黑体
(1)定义：如果某种物体在任何温度下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。 (2)黑体辐射的特征：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。 (3)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。
类型二
3、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温
度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是
(D )
解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越 大，故AC错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要 以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光 以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确。
二、黑体辐射的实验规律
1、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只与黑体的温度有关，如图所示。 (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。
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体 温度，这是根据黑体辐射与温度有关
四、爱因斯坦的光子
光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不
可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。这些能量
子后来被称为光子。
Pt
E总能量 =N
Nhv
Nh
c
红光光子能量：红Βιβλιοθήκη =hvhc
紫光光子能量：
紫
=hv
h
c
类型一
1、关于对黑体的认识，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
物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的
能量是不连续的，只能是hν的整数倍， ε＝hν称为一个能量量子，
（1）其中ν是电磁波的频率， （2）h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
=hv h c
Epsilon是希腊语第五个字母艾普西隆的小写，写作ϵ或ε ε 伊普西隆
解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误；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，B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波， 因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。
2、(多选)如图画出了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系．从中可以看出，随着 温度的改变，各种波长的辐射强度都会改变，另一方面，辐射强度的极大值也向某个方向移 动．根据所学知识，下列的判定结果中正确的是( )
2、理论解释黑体辐射的历史过程
（1）维恩:德国物理学家1896年提出了 辐射强度按波长分布的理论公式，维恩 公式在短波与实验非常接近，在长波去 则与实验偏离较大
（2）瑞利：英国物理学家1900年提出 了辐射强度按波长分布的理论公式。 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，不但不 符，而且当波长趋于0时，辐射强度竟 变成无穷大，这是荒谬的，当时被称 为“紫外灾难”
（3）普朗克
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
1．定义 普朗克认为，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。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现 2．能量子大小
（4）一般物体与黑体的比较
一般 物体
黑体
热辐射特点
吸收、反射特点
既吸收，又反射，其能力与材 辐射电磁波的情况与温度有关，
料的种类及入射光波长等因素 与材料的种类及表面状况有关
有关
辐射电磁波的强度按波长的分布 完全吸收各种入射电磁波，不
只与黑体的温度有关
反射
特别提醒： (1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是 温度低时辐射弱，温度高时辐射强。 (2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。 (3)黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时 看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还 会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯 灯丝)也被看作黑体来处理。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
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。
Pt
E总能量 =N
Nhv
Nh
c
4、量子化假设的意义：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。普朗克常量h是自然界 中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
( C)
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，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
解题指导：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁 波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。
A．T1<T2<T3<T4 B．T1>T2>T3>T4 C．随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动 D．随着温度的升高，辐射强度的最大值向波长较长的方向移动
【答案】AC 解析：由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大； 同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动．由上分析可知，A、C正 确，B、D错误．