2017-2018學(xué)年高中物理第十七章波粒二象性1能量量子化同步備課學(xué)案新人教版選修3-5

1、1能量量子化目標定位1. 了解黑體輻射和能量子的概念2 了解黑體輻射的實驗規(guī)律 .3.知道普朗克提出的能量子假說.一、黑體與黑體輻射知識檢理-1 熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射.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_【深度思考】任何物體都能輻射紅外線，輻射強度與溫度有關(guān). 那輻射強度和顏色又有什么關(guān)系？將鐵塊投在火爐中，鐵塊的顏色會隨著

2、溫度的升高而發(fā)生哪些變化？答案熱輻射的強度與溫度之間有著密切的關(guān)系，也就是輻射的波長與溫度有關(guān)， 波長與顏色有關(guān).鐵塊在火爐中的顏色隨溫度的升高而變化.依次是暗紅、赤紅、橘紅、黃白.典例精析-【例 1】 近年來軍事行動中，士兵都配帶紅外夜視儀，在夜間也能清楚地看清目標， 主要是因為()A.“紅外夜視儀”發(fā)射出強大的紅外線，照射被視物體B.切物體均在不停地輻射紅外線C. 一切高溫物體均在不停地輻射紅外線D. “紅外夜視儀”發(fā)射出 X 射線，被射物體受到激發(fā)而發(fā)出紅外線解析 一切物體都在不停地向外輻射紅外線， 不同物體輻射出來的紅外線不同， 采用“紅外 夜視儀”可以清楚地分辨出物體的形狀、 大小和

3、位置，不受白天和夜晚的影響，即可確認出 目標從而采取有效的行動故只有 B 正確.答案 B、黑體輻射的實驗規(guī)律2知識梳理-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.如圖1 所示.輻射攬度024A/un圖 1【深度思考】黑體就是絕對不發(fā)光的物體，看上去一定是黑色的，這句話對嗎？答案 不對.黑體是理想化的模型， 在低溫時所輻射的各種波長的電磁波中強度最大的是紅 外線，這時看起來是黑色的；當黑體達到高溫時，輻射的各種波長的電磁波強度均增加，其中強度最大的為可見光，這時黑體是明亮的.典例精析-【例 2】（多選）在實驗室或工廠的高溫爐子上開

4、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 2 所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是（）圖 2A.TIT2B.TIT2c.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解析一般材料的物體輻射能量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，能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不反射3的物體，黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)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題圖中可以看出，入1T2

5、,本題正確選項為 A、D.答案 ADI總結(jié)提升丨1 理解和熟記輻射強度隨波長的變化關(guān)系圖象是解此類問題的關(guān)鍵.2 黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類和表面狀況無關(guān).三、能量子知識檢理-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)_ 這個不可再分的最小能量值叫做能量子.2 大小=hv,其中v是電磁波的頻率，h是普朗克常量，h= 6.626X10J s（一般h取6.63X10一34Js）典例精析-【例 3】人眼對綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長為 鐘有 6 個綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺普朗克常量為3.0X108m/s，則人眼能察覺到

6、綠光時所接收到的最小功率是530 nm 的綠光時，只要每秒6.63X1034J s,光速為18A. 2.3X10 WB.193.8X10 WC. 7.0X10一10WD.1.2X1018W解析因只要每秒有 6 個綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺.所以察覺到綠光所接收的最4Ec小功率P=，式中E= 6 & ,又e=hv=h,t入一 348e 6X6.63X10X3X10 可解得P=議古W2.3X1018W.答案 A總結(jié)提升IC=入v光的頻率- 山 能量子的能量一每秒內(nèi)發(fā)射能量子的總能量 - 能量子的個數(shù)解決此類題目的關(guān)鍵是熟練掌握e=hv和C=v及E=Pt=ne等關(guān)系式.5每個激光光子的

7、能量為=hC，該紫外激光中所含光子數(shù)為入2 400人21人6.63X10 冷“2 X 10個對點檢測自查自糾1.（對黑體輻射規(guī)律的理解）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. 牛頓提出的能量微粒說答案 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較滿意的解釋，故 B 正確.2. （對黑體輻射規(guī)律的理解 ）（多選）以下關(guān)于輻射強度與波長的關(guān)系的說法中正確的是（ ）A. 物體在某一溫度

8、下只能輻射某一固定波長的電磁波B. 當鐵塊呈現(xiàn)黑色時，說明它的溫度不太高C. 當鐵塊的溫度較高時會呈現(xiàn)赤紅色，說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強D. 早、晚時分太陽呈現(xiàn)紅色，而中午時分呈現(xiàn)白色，說明中午時分太陽溫度最高答案 BC解析由輻射強度隨波長變化關(guān)系圖知：隨著溫度的升高各種波長的波的輻射強度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長的電磁波.故B、C 項正確.3 .（能量子的理解及 =hv的應(yīng)用）（多選）關(guān)于普朗克“能量量子化”的假設(shè)，下列說法 正確的是（）針對訓(xùn)練 神光“n”裝置是我國規(guī)模最大,國際上為數(shù)不多的高功率固體激光系統(tǒng),利用它可獲得能量為 2 400 J、波長入為 0.35卩

9、m 的紫外激光，已知普朗克常量h= 6.63X10答案s,則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個?（保留兩位有效數(shù)字214.2X10解析En=6A.認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的B. 認為能量值是連續(xù)的C. 認為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D. 認為微觀粒子的能量是分立的答案 AD解析普朗克的理論認為帶電微粒輻射或吸收能量時，是一份一份的，微觀粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D 正確.4.（能量量子化理解及=hv的應(yīng)用）紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道的閃光，每道閃光稱為一個脈沖.現(xiàn)有一紅寶石激光器，發(fā)射功率為P= 1.0X106W,所發(fā)射的光脈沖持續(xù)時間 t= 1.0X1

10、0 s，波長為 693.4 nm（1 nm = 10 m），求：（1）每個光脈沖的長度.每個光脈沖含有的光子數(shù).（已知 h= 6.63X10_34J s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）答案（1）3.0XI0 m （2）3.5X10 個解析（1）光脈沖的長度即光在一個脈沖時間內(nèi)傳播的距離，根據(jù)s=Ct可知每個光脈沖的長度811 3s=ct=3X10X1.0X10 m=3.0X10 m根據(jù)E=Pt可知每個光脈沖含有的能量為E= 1.0X106X1.0X10_11J = 10_5Jc而每個光子的能量 =hv=h入E13故每個光脈沖含有的光子數(shù)n=疋3.5X10 個.題組訓(xùn)練解疑糾偏題組一黑體輻射的理解和應(yīng)用

11、1關(guān)于對熱輻射的認識，下列說法中正確的是（）A. 熱的物體向外輻射電磁波，冷的物體只吸收電磁波B. 溫度越高，物體輻射的電磁波越強C. 輻射強度按波長的分布情況只與物體的溫度有關(guān)，與材料種類及表面狀況無關(guān)D. 常溫下我們看到的物體的顏色就是物體輻射電磁波的顏色答案 B解析 一切物體都不停地向外輻射電磁波，且溫度越高，輻射的電磁波越強， 對于一般材料 的物7體，輻射強度按波長的分布除與物體的溫度有關(guān)外，還與材料的種類和表面狀況有關(guān); 常溫下看到的物體的顏色是反射光的顏色.2.對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是（）8A.溫度B.材料C.表面狀況D.以上都正確答案 A解析 根據(jù)黑體輻射電磁波的強

12、度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，A 對.3下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關(guān)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.4.（多選）2006 年度諾貝爾物理學(xué)獎授予了兩名美國科學(xué)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微小變化.他們的出色工作被譽為是宇宙學(xué)研究進入精密科學(xué)時代的起點.下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說法中正確的是（）A. 微波和聲波一樣都只能在介質(zhì)中傳播B. 般物體輻射電磁波的情況只與黑體溫度有關(guān)C. 黑體的熱輻射實質(zhì)上是電磁輻射D.

13、 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 CD解析 微波是一種電磁波，傳播不需要介質(zhì)；一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外， 還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體溫度有關(guān)；黑體輻射本質(zhì)上是電磁輻射，普朗克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.題組二能量子的理解及 =hV的應(yīng)用輻躬強度A輻射強度輜肘強度95.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一份地輻射或吸收10B. 輻射和吸收的能量可以不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. 輻射和吸收的能量都可以是連續(xù)的 答案 A解析帶電微粒輻

14、射和吸收能量時是以最小能量值一一能量子的整數(shù)倍一份一份地輻射答案 B解析 一個光電子的能量cc =hV=h，貝yN個光子的總能量E=N，選項 B 正確. 入0入07.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，則激光器每秒發(fā)射的光量子數(shù)為( )hchPB. XccP入 C.hD.入Phc答案 Ahcp入p解析 每個光量子的能量 =h v =，每秒鐘發(fā)射的總能量為P,貝U n=.入hC題組三綜合應(yīng)用& 40 瓦的白熾燈，有 5%的能量轉(zhuǎn)化為可見光.設(shè)所發(fā)射的可見光的平均波長為580 nm,那么該白熾燈每秒鐘輻射的光子數(shù)為多少？（普朗克常量h= 6.63x103

15、4J s,光速c=83.0 x10 m18答案 5.8x10 個c解析 波長為入的光子能量為： =hv=h 入設(shè)燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n,燈泡電功率為P,則:式中，n= 5%是燈泡的發(fā)光效率.聯(lián)立式得：nP入n=hc代入題給數(shù)據(jù)得：n 5.8x1018（個）或吸收的，是不連續(xù)的故選項 A 正確，選項6 硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能若有 這些光子的總能量為（h為普朗克常量）（）cA. hB.入0C. Nh 入oD.B C、D 均錯.N個波長為 入o的光子打在光電池極板上,c入02Nh入on=119能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為1O18J，已知可見光的平均波長約為60 卩 m 普朗克常量為 6.63X10-34J s,則進入人眼的光子數(shù)至少為多少個？答案 302 個解析 根據(jù)=hv=hf求出可見光光子的平均能量，從而求出能引起人的視覺反應(yīng)時, 入進入人眼的光子數(shù)進入人眼的光子數(shù)至少為n= - - 302.10.小燈泡的功率P= 1 W,設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長入=106m,求在距離d= 1.0X104m 處，每秒鐘落在垂直于光線方向、面積為 1 cnf 的球面上的光子數(shù)是多少？（h= 6.63X10一34J s,結(jié)果保留三位有