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(biāo)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(shí)驗(yàn)規(guī)律 .3.知道普朗克提出的能量子假說(shuō).一、黑體與黑體輻射知識(shí)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(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(qiáng)度與溫度有關(guān). 那輻射強(qiáng)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(huì)隨著

2、溫度的升高而發(fā)生哪些變化？答案熱輻射的強(qiáng)度與溫度之間有著密切的關(guān)系，也就是輻射的波長(zhǎng)與溫度有關(guān)， 波長(zhǎng)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(lái)軍事行動(dòng)中，士兵都配帶紅外夜視儀，在夜間也能清楚地看清目標(biāo)， 主要是因?yàn)?)A.“紅外夜視儀”發(fā)射出強(qiáng)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(lái)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(rèn)出 目標(biāo)從而采取有效的行動(dòng)故只有 B 正確.答案 B、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2知識(shí)梳理-1 隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)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(zhǎng)較短的方向移動(dòng).如圖1 所示.輻射攬度024A/un圖 1【深度思考】黑體就是絕對(duì)不發(fā)光的物體，看上去一定是黑色的，這句話對(duì)嗎？答案 不對(duì).黑體是理想化的模型， 在低溫時(shí)所輻射的各種波長(zhǎng)的電磁波中強(qiáng)度最大的是紅 外線，這時(shí)看起來(lái)是黑色的；當(dāng)黑體達(dá)到高溫時(shí)，輻射的各種波長(zhǎng)的電磁波強(qiáng)度均增加，其中強(qiáng)度最大的為可見(jiàn)光，這時(shí)黑體是明亮的.典例精析-【例 2】（多選）在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開(kāi)

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(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖象，則下列說(shuō)法正確的是（）圖 2A.TIT2B.TIT2c.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(zhǎng)較短方向移動(dòng)解析一般材料的物體輻射能量的多少?zèng)Q定于物體的溫度（T）、輻射波的波長(zhǎng)、時(shí)間的長(zhǎng)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(zhǎng)的電磁波而不反射3的物體，黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)從題圖中可以看出，入1T2

5、,本題正確選項(xiàng)為 A、D.答案 ADI總結(jié)提升丨1 理解和熟記輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系圖象是解此類問(wèn)題的關(guān)鍵.2 黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類和表面狀況無(wú)關(guān).三、能量子知識(shí)檢理-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)_ 這個(gè)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(duì)綠光較為敏感，正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為 鐘有 6 個(gè)綠光的光子射入瞳孔，眼睛就能察覺(jué)普朗克常量為3.0X108m/s，則人眼能察覺(jué)到

6、綠光時(shí)所接收到的最小功率是530 nm 的綠光時(shí)，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(gè)綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺(jué).所以察覺(jué)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(gè)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(gè)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(gè)對(duì)點(diǎn)檢測(cè)自查自糾1.（對(duì)黑體輻射規(guī)律的理解）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. 牛頓提出的能量微粒說(shuō)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(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)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較滿意的解釋，故 B 正確.2. （對(duì)黑體輻射規(guī)律的理解 ）（多選）以下關(guān)于輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系的說(shuō)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(zhǎng)的電磁波B. 當(dāng)鐵塊呈現(xiàn)黑色時(shí)，說(shuō)明它的溫度不太高C. 當(dāng)鐵塊的溫度較高時(shí)會(huì)呈現(xiàn)赤紅色，說(shuō)明此時(shí)輻射的電磁波中該顏色的光強(qiáng)度最強(qiáng)D. 早、晚時(shí)分太陽(yáng)呈現(xiàn)紅色，而中午時(shí)分呈現(xiàn)白色，說(shuō)明中午時(shí)分太陽(yáng)溫度最高答案 BC解析由輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖知：隨著溫度的升高各種波長(zhǎng)的波的輻射強(qiáng)度都增加，而熱輻射不是僅輻射一種波長(zhǎng)的電磁波.故B、C 項(xiàng)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(shuō)法 正確的是（）針對(duì)訓(xùn)練 神光“n”裝置是我國(guó)規(guī)模最大,國(guó)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(zhǎng)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(gè)?（保留兩位有效數(shù)字214.2X10解析En=6A.認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，是一份一份的B. 認(rèn)為能量值是連續(xù)的C. 認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的、連續(xù)的D. 認(rèn)為微觀粒子的能量是分立的答案 AD解析普朗克的理論認(rèn)為帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，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(gè)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(shí)間 t= 1.0X1

10、0 s，波長(zhǎng)為 693.4 nm（1 nm = 10 m），求：（1）每個(gè)光脈沖的長(zhǎng)度.每個(gè)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(gè)解析（1）光脈沖的長(zhǎng)度即光在一個(gè)脈沖時(shí)間內(nèi)傳播的距離，根據(jù)s=Ct可知每個(gè)光脈沖的長(zhǎng)度811 3s=ct=3X10X1.0X10 m=3.0X10 m根據(jù)E=Pt可知每個(gè)光脈沖含有的能量為E= 1.0X106X1.0X10_11J = 10_5Jc而每個(gè)光子的能量 =hv=h入E13故每個(gè)光脈沖含有的光子數(shù)n=疋3.5X10 個(gè).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(duì)熱輻射的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)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(qiáng)C. 輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)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(wú)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(qiáng)， 對(duì)于一般材料 的物7體，輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)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(duì)黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)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(qiáng)

12、度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)，A 對(duì).3下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)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(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，A 正確，B C、D 錯(cuò)誤.4.（多選）2006 年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了兩名美國(guó)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(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時(shí)代的起點(diǎn).下列與宇宙微波背景輻射黑體譜相關(guān)的說(shuō)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(shí)質(zhì)上是電磁輻射D.

13、 普朗克在研究黑體的熱輻射問(wèn)題中提出了能量子假說(shuō)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(shuō)，他認(rèn)為能量是一份一份的，每一份是一個(gè)能量子.題組二能量子的理解及 =hV的應(yīng)用輻躬強(qiáng)度A輻射強(qiáng)度輜肘強(qiáng)度95.對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是（）A 以某一個(gè)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(shí)是以最小能量值一一能量子的整數(shù)倍一份一份地輻射答案 B解析 一個(gè)光電子的能量cc =hV=h，貝yN個(gè)光子的總能量E=N，選項(xiàng) B 正確. 入0入07.某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)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(gè)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(jiàn)光.設(shè)所發(fā)射的可見(jiàn)光的平均波長(zhǎng)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(gè)c解析 波長(zhǎng)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(gè)）或吸收的，是不連續(xù)的故選項(xiàng) A 正確，選項(xiàng)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(cuò).N個(gè)波長(zhǎng)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(jué)效應(yīng)的最小能量為1O18J，已知可見(jiàn)光的平均波長(zhǎng)約為60 卩 m 普朗克常量為 6.63X10-34J s,則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為多少個(gè)？答案 302 個(gè)解析 根據(jù)=hv=hf求出可見(jiàn)光光子的平均能量，從而求出能引起人的視覺(jué)反應(yīng)時(shí), 入進(jìn)入人眼的光子數(shù)進(jìn)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(zhǎng)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