【新步步高】2015-2016學年高中物理 第十七章 波粒二象性 1 能量量子化學案 新人教版選修3-5

1、1能量量子化目標定位1.知道熱輻射、黑體和黑體輻射的概念，知道黑體輻射的實驗規(guī)律.2.知道普朗克提出的能量子假說一、黑體與黑體輻射1熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體溫度有關，所以叫熱輻射(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同2黑體(1)定義：某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關想一想在火爐旁邊有什么感覺？投入爐中的鐵塊顏色怎樣變化？說明了什么問題？答案在火爐旁會感到熱，這是由于火爐不斷地向外輻射能量投入爐中的鐵塊依次呈現(xiàn)

2、暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色，這表明同一物體熱輻射的強度與溫度有關二、黑體輻射的實驗規(guī)律1隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加2隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動想一想你認為現(xiàn)實生活中存在理想的黑體嗎？答案現(xiàn)實生活中不存在理想的黑體，實際的物體都能輻射紅外線(電磁波)，也都能吸收和反射紅外線(電磁波)，絕對黑體不存在，是理想化的模型三、能量子1定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或吸收能量時，只能是輻射或吸收某個最小能量值的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值叫做能量子2大?。篽，其中是電磁波的頻率，h是普朗克常量，數(shù)值h6.626×1034_J·s

3、(一般h取6.63×1034 J·s)一、對黑體輻射規(guī)律的理解1一般材料的物體，輻射的電磁波除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關2黑體是指只吸收而不反射外界射來的電磁波的物體，由于黑體只進行熱輻射，所以黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關3黑體輻射的實驗規(guī)律：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動如圖1711所示圖1711例1圖1712在實驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度如圖1712所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關系圖象，則下列

4、說法正確的是()AT1>T2BT1<T2C隨著溫度的升高，黑體的輻射強度都有所降低D隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動答案AD解析一般材料的物體輻射能的多少決定于物體的溫度(T)、輻射波的波長、時間的長短和發(fā)射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關實驗表明，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動從圖中可以看出，1<2，T1>T2，本題正確選項為A、D.借題發(fā)揮隨著溫度的升高，各種波長的輻射本領都在增加，當黑體溫度升高時，輻射本領最大值向短波方向移動，

5、這是黑體輻射的特點，熟悉黑體輻射特點是解決問題的關鍵針對訓練1下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是()答案A解析隨著溫度的升高，輻射強度增加，輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動，A正確，B、C、D錯誤二、能量子的理解和h的應用1物體在發(fā)射或接收能量的時候，只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài)，而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態(tài)2在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的，能量變化是連續(xù)的，不必考慮量子化；在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化3能量子的能量h，其中h是普朗克常量，是電磁波的頻率例2光是一種電磁波，可見光的波長的

6、大致范圍是400 nm700 nm.求400 nm、700 nm電磁輻射的能量子的值各是多少？答案 4.97×1019 J2.84×1019 J解析根據(jù)公式和h可知：400 nm對應的能量子1h6.63×1034× J4.97×1019 J.700 nm對應的能量子2h6.63×1034× J2.84×1019 J.借題發(fā)揮(1)求解本題的關鍵是根據(jù)已知條件求每一個能量子的能量(2)這類習題數(shù)量級比較大，注意運算當中提高運算準確率例3對于帶電微粒的輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是()A以某一個最小能量值一份

7、一份地輻射或吸收B輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍C吸收的能量可以是連續(xù)的D輻射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析帶電微粒的輻射和吸收能量時是以最小能量值能量子的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的，是不連續(xù)的故選項A、B、D正確，C選項錯對黑體輻射規(guī)律的理解1下列敘述正確的是()A一切物體都在輻射電磁波B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關D黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波答案ACD解析根據(jù)熱輻射定義知A對；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體溫度有關，B錯、C

8、對；根據(jù)黑體定義知D對2下列關于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的是()A隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有所增加B隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C黑體熱輻射的強度與波長無關D黑體輻射無任何規(guī)律答案AB解析黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都增加，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動故A、B對能量子的理解及h的應用3二氧化碳能強烈吸收紅外長波輻射，這種長波輻射的波長范圍約是1.4×1031.6×103m，相應的頻率范圍是_，相應的光子能量的范圍是_，(已知普朗克常量h6.6×1034 J·s，真空中的光速c3.0&#

9、215;108 m/s.結(jié)果取兩位有效數(shù)字)答案1.9×10112.1×1011 Hz1.3×10221.4×1022 J解析由c得.則求得頻率范圍為1.9×10112.1×1011 Hz.又由h得能量范圍為1.3×10221.4×1022 J.4神光“”裝置是我國規(guī)模最大的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2 400 J、波長0.35 m的紫外激光已知普朗克常量h6.63×1034 J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少？答案4.23×1021(個)解析紫外激光的波長已知，由此可求

10、得紫外激光能量子的值，再根據(jù)紫外激光發(fā)射的總能量為2 400 J，即可求得紫外激光所含光子數(shù)紫外激光能量子的值為0 J5.68×1019 J則該紫外激光所含光子數(shù)n4.23×1021(個)(時間：60分鐘)題組一黑體輻射的理解和應用1關于對黑體的認識，下列說法正確的是()A黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關C黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關D如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔

11、就成了一個黑體答案C解析黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，故選項A錯誤；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，故選項B錯誤、選項C正確；小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此是小孔成了一個黑體，而不是空腔，故選項D錯誤2對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是()A溫度 B材料 C表面狀況 D以上都正確答案A解析根據(jù)黑體輻射電磁波的波長分布的決定因素，得其只與溫度有關，A對3能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律的是()A能量的連續(xù)經(jīng)典理論B普朗克提出的能量量子化理論C以上兩種理論體系任何一種都能解釋D牛頓提出的微粒說答案B解析根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都有

12、增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到滿意的解釋，B對4.圖1713黑體輻射的實驗規(guī)律如圖1713所示，由圖可知()A隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增大B隨溫度降低，各種波長的輻射強度都增大C隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動答案ACD解析由題圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都增大，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當溫度降低時，上述變化都將反過來52006年度諾貝爾物理學獎授予了兩名美國科學家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀及其溫度在不同方向上的

13、微小變化他們的出色工作被譽為是宇宙學研究進入精密科學時代的起點下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關的說法中正確的是()A一切物體都在輻射電磁波B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關C黑體的熱輻射實質(zhì)上是電磁輻射D普朗克在研究黑體的熱輻射問題中提出了能量子假說答案ACD解析根據(jù)熱輻射的定義，A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料種類和表面狀況有關，而黑體輻射只與黑體的溫度有關，B錯誤；普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假說，他認為能量是一份一份的，每一份是一個能量子，黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射，故C、D正確題組二能量子的理解及h的應用6普朗克常量是自然

14、界的一種基本常數(shù)，它的數(shù)值是()A6.02×1023 mol B6.625×103 mol·sC6.626×1034 J·s D1.38×1016 mol·s答案C解析普朗克常量是一個定值，由實驗測得它的精確數(shù)值為6.626×1034 J·s，在記憶時關鍵要注意它的單位和數(shù)量級7已知某種單色光的波長為，在真空中光速為c，普朗克常量為h，則電磁波輻射的能量子的值為()Ah B.C. D以上均不正確答案A8某激光器能發(fā)射波長為的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每秒發(fā)射的光量子數(shù)為()A

15、. B. C. DPhc答案A解析每個光量子的能量h，每秒鐘發(fā)射的總能量為P，則n.題組三綜合應用9對應于3.4×1019 J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？(h6.63×1034 J·s)答案5.13×1014 Hz5.85×107 m解析根據(jù)公式h和得 Hz5.13×1014 Hz， m5.85×107 m.10人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時，只要每秒鐘有6個光量子射入瞳孔，眼睛就能察覺普朗克常數(shù)為6.63×1034 J·s，光速為3×108 m/s.人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率為多少？答案2.3×1018 W解析先根據(jù)0hh算出每個光量子的能量，每秒需要接收到6個這樣的光量子，故接收到這6個光量子的功率就是人眼能覺察到綠光的最小功率又因每秒有6個綠光的光量子射入瞳孔，所以，覺察到綠光所需要接收到的最小功率P，式中E60，又0hh，代入數(shù)據(jù)得P2.3×1018 W.11小燈泡的功率P1 W，設其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長106 m，求在距離d1.0×104 m處，每秒鐘落在垂直于光線方向、面積為1