17能量量子化-習(xí)題

1、17.1 能雖雖子化習(xí)題目標(biāo)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(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.知道普朗克提出的能量子假說.三預(yù)旦導(dǎo)學(xué) J撓理*識(shí)記*點(diǎn)撥一、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(guān),所以叫熱輻射.(2) 特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度上回而有所不同.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(duì)黑體, 簡(jiǎn)稱黑體.(2) 黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有想一想 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

2、在火爐旁會(huì)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)暗紅、赤紅、橘紅等顏色,直至成為黃白色,這說明同一物體熱輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān).二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1. 隨著溫度的升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都增加.2. 隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向著波長較短的方向移動(dòng).想一想你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎？答案 現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體,實(shí)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(duì)黑體不存在,是理想化的模型.三、能量子1. 定義：普朗克認(rèn)為,帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),只能是輻射或吸收某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍,這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子.2.

3、 大?。?=hv,其中v是甫磁波的頻率： h是普朗克常量:數(shù)值 h= 6.626 X 10 34_J_s(一般h取 6.63X 10 34 J - s).F課堂講義J洋解,深化-探究、對(duì)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(guān)外,還與材料的種類及外表狀況有關(guān).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(jìn)行熱輻射,所以黑體輻射電磁 波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān).3. 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：隨著溫度的升高,一方面,各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面,輻 射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng).如圖17 1 1所示.024 h/pL(ii圖 17 1

4、- 11圖 17 1-2在實(shí)驗(yàn)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17- 1-2所示,就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)系圖象,那么以下說法正確的是A. T1>T2B. T 1<T2C. 隨著溫度的升高,黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低D. 隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短方向移動(dòng)答案 AD解析 一般材料的物體輻射能的多少?zèng)Q定于物體的溫度T、輻射波的波長、時(shí)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(qiáng)度按波長的分布只 與溫度有關(guān).實(shí)驗(yàn)說明,隨著溫度的升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都有所

5、增加,輻射強(qiáng)度的極大值向 波長較短的方向移動(dòng).從圖中可以看出,»<海,Ti>T2,此題正確選項(xiàng)為 A、D.借題發(fā)揮 隨著溫度的升高,各種波長的輻射本領(lǐng)都在增加,當(dāng)黑體溫度升高時(shí),輻射本領(lǐng)最大值 向短波方向移動(dòng),這是黑體輻射的特點(diǎn),熟悉黑體輻射特點(diǎn)是解決問題的關(guān)鍵.針對(duì)練習(xí)1以下描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中,符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是答案 A解析 隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度增加,輻射強(qiáng)度的極大值向著波長較短的方向移動(dòng),A正確,B、C、D錯(cuò)誤.二、能量子的理解和 亍h v的應(yīng)用1. 物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)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

6、符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài).2. 在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)必須考慮能量量子化.3 .能量子的能量 亍h v,其中h是普朗克常量,v是電磁波的頻率.例2 光是一種電磁波,可見光的波長的大致范圍是400 nm700 nm.求400 nm、700 nm電磁輻射的能量子的值各是多少?答案 4.97X10 19 J 2.84X 10 19 J解析 根據(jù)公式 尸亳和 亍h v可知： 人400 nm 對(duì)應(yīng)的能量子 1= h = 6.63X 10 34x J /1400 X 10 9=4.97X 10 19 J.70

7、0 nm對(duì)應(yīng)的能量子 切=h = 6.63X 10 34x J 泡700X10 9=2.84X 10 19 J.借題發(fā)揮1求解此題的關(guān)鍵是根據(jù)條件求每一個(gè)能量子的能量.2這類習(xí)題數(shù)量級(jí)比擬大,注意運(yùn)算當(dāng)中提升運(yùn)算準(zhǔn)確率.【例3】對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn),以下說法正確的選項(xiàng)是A .以某一個(gè)最小能量值一份一份地輻射或吸收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(shí)是以最小能量值一一能量子£的整數(shù)倍一份一份地輻射或吸收的,是不連續(xù)的.應(yīng)選項(xiàng) A、B、D正確,C選項(xiàng)錯(cuò).對(duì)點(diǎn)練習(xí)

8、宣穩(wěn)固*應(yīng)用反債對(duì)黑體輻射規(guī)律的理解1.以下表達(dá)正確的選項(xiàng)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(guān)C. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)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(duì)；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類和外表狀況有關(guān),而黑體輻射只與黑體溫度有關(guān),B錯(cuò)、C對(duì)；根據(jù)黑體定義知D對(duì).2 .以下關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律表達(dá)正確的選項(xiàng)是A. 隨著溫度的升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加B. 隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)C. 黑體熱輻射的

9、強(qiáng)度與波長無關(guān)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(qiáng)度都增加,同時(shí)輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng).故 A、B對(duì).能量子的理解及 亍hv的應(yīng)用3. 二氧化碳能強(qiáng)烈吸收紅外長波輻射,這種長波輻射的波長范圍約是1.4X 10 31.6X 10 3m,相 應(yīng)的頻率范圍是 ,相應(yīng)的光子能量的范圍是 ,普朗克常量h= 6.6 X 10 34 js, 真空中的光速c= 3.0X 108 m/s.結(jié)果取兩位有效數(shù)字答案 1.9X 1011 2.1 X 1011 Hz 1.3X 10 221.4X 10 22 Jc解析 由c=入礙v=.入那么求得頻率范圍為1.

10、9X 10112.1 X 1011 Hz.又由 h v得能量范圍為 1.3X 10 221.4X 10 22 J.4. 神光“口裝置是我國規(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、波長入=0.35 m的紫外激光.普朗克常量h = 6.63X 10 34 J - s,那么該紫外激光所含光子數(shù)為多少？答案 4.23 X 1021 個(gè)解析紫外激光的波長,由此可求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2400 J,即可求得紫外激光所含光子數(shù).hc 6.63X 10 34x 3x 108紫外激光能量子的值為0 = 一= J= 5.68X 10 19 J.那么該紫外激光所

11、含光子數(shù)n入 0.35 X 10 6E 2 400一= =4.23X 1021 個(gè).由 5.68 X 10 19言題組練習(xí) =解疑糾煽-椅測(cè)I時(shí)間：60分鐘題組一黑體輻射的理解和應(yīng)用1. 關(guān)于對(duì)黑體的熟悉,以下說法正確的選項(xiàng)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(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及外表狀況有關(guān)C. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類及外表狀況無關(guān)D. 如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)外表經(jīng)屢次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體答案 C解析 黑體自身輻射電磁波,不

12、一定是黑的,應(yīng)選項(xiàng) A錯(cuò)誤；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān),應(yīng)選項(xiàng) B錯(cuò)誤、選項(xiàng)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(gè)黑體,而不是空腔,應(yīng)選項(xiàng)D錯(cuò)誤.2. 對(duì)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.外表狀況 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(guān),A對(duì).3 .能正確解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律,隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；另

13、一方面,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng),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(duì).4.悟如員度024A/jini圖 17 1-3黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖 171 3所示,由圖可知A. 隨溫度升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都增大B. 隨溫度降低,各種波長的輻射強(qiáng)度都增大C. 隨溫度升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)D. 隨溫度降低,輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動(dòng)答案 ACD解析 由題圖可知,隨溫度升高,各種波長的輻射強(qiáng)度都增大,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng),當(dāng)溫度降低時(shí),上述變化都將反過來.5. 2006年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國科學(xué)家,以表彰他們發(fā)

14、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微小變化.他們的出色工作被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代 的起點(diǎn).以下與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的選項(xiàng)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(guān)C. 黑體的熱輻射實(shí)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(diǎn)知一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外,還與材料種類和外表狀況有關(guān),而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān),B錯(cuò)誤；普朗克在研究黑體輻射時(shí)最早提出了能量子假說,他認(rèn)為能量是一份一份的,每一份是一個(gè)能量子,

15、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 £= hv的應(yīng)用6 .普朗克常量是自然界的一種根本常數(shù),它的數(shù)值是A . 6.02X 10 23 mol B. 6.625 x 10 3 mol - sC. 6.626x 10 34 J - s D . 1.38x 10 16 mol - s答案 C解析 普朗克常量是一個(gè)定值,由實(shí)驗(yàn)測(cè)得它的精確數(shù)值為6.626X 10 34 J s,在記憶時(shí)關(guān)鍵要注意它的單位和數(shù)量級(jí).7.某種單色光的波長為 入在真空中光速為c,普朗克常量為h,那么電磁波輻射的能量子£的值為A . h號(hào) B?人 人C.g D .以上均不正確h人

16、答案 A8.某激光器能發(fā)射波長為入的激光,發(fā)射功率為 P, c表示光速,h為普朗克常量,那么激光器每秒發(fā)射的光量子數(shù)為入Phc入PA.hC答案 A解析 每個(gè)光量子的能量e= hv= E,每秒鐘發(fā)射的總能量為P,貝U n = - = 7".入& hc題組三綜合應(yīng)用9. 對(duì)應(yīng)于3.4X 10 19 J的能量子,其電磁輻射的頻率和波長各是多少？h = 6.63X 10 34 J s答案 5.13 X 1014 Hz 5.85X 10 7 m解析根據(jù)公式 亍h v和 尸,得入19& 3.4 X 10 19v= h =663x° 泌 & %13 X 1014

17、Hz,c hc 6.63 x 10 34 x 3 x 108一 一 193.4 X 10 19入=一=19m = 5.85x 10 7 m.V £10. 人眼對(duì)綠光較為敏感,正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時(shí),只要每秒鐘有6個(gè)光量子射入瞳孔,眼睛就能發(fā)覺.普朗克常數(shù)為6.63 x 10 34 j s,光速為3 x 108 m/s.人眼能發(fā)覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率為多少？答案 2.3X 10 18 W c解析 先根據(jù)印=hv= hc算出每個(gè)光量子的能量,每秒需要接收到6個(gè)這樣的光量子,故接收到這6個(gè)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(gè)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E= 6?又0= hrh&,代入數(shù)據(jù)得P= 2.3X 10t入18 W.11. 小燈泡的功率P = 1 W,設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射, 平均波長 出10 6 m,求在距離d= 1.0X 104 m處,每秒鐘落在垂直于光線方向、面積為1 cm2的球面上的光子數(shù)是多少？ (h= 6.63X 10 34 j - s)