人教版高中物理必修第三冊第十三章電磁感應與電磁波初步13-5能量量子化課件

第十三章電磁感應與電磁波初步學習目標1.結(jié)合生活經(jīng)驗和已經(jīng)學過的知識,認識熱輻射、黑體和黑體輻射,能說出一般物體熱輻射和黑體輻射的特點,感悟以實驗為基礎(chǔ)的科學探究方法.2.通過對黑體輻射實驗規(guī)律與經(jīng)典電磁理論的矛盾的分析,了解普朗克的能量子假設(shè)的時代背景,知道普朗克提出的能量子假設(shè)的基本內(nèi)容;了解愛因斯坦的光子說,體會微觀粒子與宏觀物體遵循不同的規(guī)律,培養(yǎng)質(zhì)疑問題的能力.3.通過對原子的發(fā)射光譜的分析,了解原子的能量是量子化的,知道什么是能級和能級躍遷,了解原子發(fā)光的原理.5能量量子化知識點一熱輻射1.熱輻射:周圍的一切物體都在輻射

,這種輻射與物體的

有關(guān),所以叫作熱輻射.電磁波溫度2.我們周圍的物體都在進行熱輻射.為什么我們的眼睛只能觀察到部分物體的熱輻射?熱輻射強度與什么因素有關(guān)?答案:溫度不同的物體輻射的電磁波的波長不同,波長較長的電磁波不能引起人的視覺,波長在一定范圍內(nèi)的電磁波才能引起人的視覺.熱輻射強度按波長分布情況隨物體的溫度不同而有所不同.3.如果某種物體能夠完全吸收入射的

而不發(fā)生反射,這種物體叫作黑體.黑體雖然不反射電磁波,但是卻可以向外輻射電磁波.4.煤煙(如圖)很接近黑體,其對外來電磁波的吸收率為99%,即投射到煤煙的輻射能量幾乎全部被吸收.如果把一定量的煤煙置于陽光下照射,它的溫度是否會一直上升?(不考慮與空氣的熱交換)答案:不會.煤煙吸收能量的同時還伴隨著能量的輻射,最終將趨于平衡,之后溫度不再升高.各種波長的電磁波知識點二能量子1.

做出了這樣的大膽假設(shè):振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的

,如ε、2ε、3ε……這個不可再分的

叫作能量子.2.能量子的大小為ε=

,其中ν是電磁波的

,h是普朗克常量,其值為h=

.

3.愛因斯坦把能量子假設(shè)進行了推廣,他認為電磁場本身就是不連續(xù)的,也就是說,光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為

,這些能量子后來被叫作

.普朗克整數(shù)倍最小能量值ε頻率6.62607015×10-34J·shν光子hν知識點三能級1.普朗克的能量子假設(shè),在原子系統(tǒng)中是怎么體現(xiàn)的?什么叫能級?答案:原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級,不同的能級能量值不同.2.通常情況下,原子處于能量最低的狀態(tài),這是

.氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊,有可能躍遷到較高的能量狀態(tài).這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向

.的能級躍遷,

光子.3.原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量,等于

.

.4.由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些

.最穩(wěn)定的能量較低放出前后兩個能級之差分立的亮線小試身手判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).1.只有高溫物體能發(fā)生熱輻射.(

)2.能完全吸收各種入射的電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.(

)3.溫度越高,黑體輻射電磁波的強度越弱.(

)4.微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍.(

)5.能量子的能量是任意的,其大小與電磁波的頻率無關(guān).(

)6.氫原子的能級是連續(xù)的.(

)×√×√××探究一熱輻射問題情境1.把鐵塊投進火爐中,剛開始鐵塊只發(fā)熱不發(fā)光,隨著溫度的升高,鐵塊會慢慢變紅,開始發(fā)光,如圖所示.不同溫度的鐵塊,為什么顏色不同?不同溫度的鐵塊熱輻射的強度相同嗎?這些事實說明了什么?答案:鐵塊的溫度升高,熱輻射中波長較短的成分越來越強,所以鐵塊的顏色發(fā)生變化;鐵塊的溫度不同,熱輻射的強度不同;這說明熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同.2.研究物體的熱輻射的規(guī)律,為什么要研究黑體輻射?答案:一般材料的物體,會反射電磁波,其輻射電磁波的情況與溫度和材料的種類及表面狀況有關(guān),而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(guān).3.黑體看上去一定是黑色的嗎?黑體在現(xiàn)實生活中是否存在?答案:黑體看上去不一定是黑色的.黑體是一個理想模型,現(xiàn)實中并不存在絕對黑體.過程建構(gòu)1.對熱輻射的理解.(1)在任何溫度下,任何物體都會輻射電磁波,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強,其輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同,這是熱輻射的一種特性.(2)在相同溫度下,不同物體所輻射的光譜成分有顯著的不同.2.一般物體與黑體的比較.比較項熱輻射特點吸收或反射電磁波的特點一般物體輻射電磁波的強度按波長的分布與它的溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)既能吸收也能反射電磁波,吸收或反射電磁波的情況與物體的材料的種類及入射波長等因素有關(guān)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(guān)完全吸收各種入射電磁波,不反射電磁波【典例1】下列對黑體的認識,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(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類及表面狀況無關(guān)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)表面會發(fā)生多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個帶小孔的空腔就可以近似為一個黑體解析:黑體自身能輻射電磁波,黑體不一定是黑的,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(guān),選項B錯誤,選項C正確;帶小孔的空腔只吸收電磁波,不反射電磁波,因此帶小孔的空腔可以近似為一個黑體,選項D正確.答案:CD探究二能量子和能級問題情境如圖所示,某激光器能發(fā)射波長為λ的激光.1.激光光子的能量可以取任意值嗎?是連續(xù)的還是一份一份的?答案:不可以取任意值.光子的能量不是連續(xù)的,而是一份一份的.3.電子由高能量狀態(tài)躍遷到低能量狀態(tài)時,釋放出的光子的頻率可以是任意值嗎?

答案:不可以.因各能級是分立的,放出的光子的能量也是分立的,由ε=hν可知,躍遷時釋放出的光子的頻率也是一系列分立的值.2.普朗克常量為h,那么每個激光光子的能量是多少?如果激光發(fā)射功率為P,那么單位時間內(nèi)發(fā)射多少個光子?(真空中的光速為c)

過程建構(gòu)1.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時,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.2.通常情況下,原子處于能量最低的狀態(tài),這是最穩(wěn)定的.當原子處于較高的能量狀態(tài)時,原子是不穩(wěn)定的,原子會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷,放出光子.3.原子從能量較高的能級(其能量記為Em)躍遷到能量較低的能級(其能量記為En,m>n)時,會放出能量為hν的光子,該光子的能量hν=Em-En,能級差越大,放出光子的頻率就越高.【典例2】人眼對綠光較為敏感,正常人的眼睛接收波長為530nm的綠光時,只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺.普朗克常量為6.63×10-34J·s,光速為3.0×108m/s,則人眼能察覺到綠光時所接收的最小功率約是 (

)A.2.3×10-18W

B.3.8×10-19WC.7.0×10-10W

D.1.2×10-18W

答案:A課堂評價答案:BCD1.(多選)關(guān)于熱輻射,下列說法正確的是 (

)A.物體在室溫時,熱輻射的主要成分是波長較短的電磁波B.隨著溫度的升高,熱輻射中波長較短的成分越來越強C.給一塊鐵加熱,鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色D.輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同,這是熱輻射的一種特性答案:BC2.(多選)關(guān)于對普朗克的能量子假設(shè)的認識,下列說法正確的是(

)A.振動著的帶電微粒的能量可以是任意的值B.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C.能量子與電磁波的頻率成正比D.這一假說與現(xiàn)實世界相矛盾,因而是錯誤的3.我國研制的055新型防空驅(qū)逐艦采用“雙波段(X波段和S波段)”雷達系統(tǒng),雷達發(fā)射的X波段的頻率為8GHz~12GHz,S波段的頻率為2GHz~4GHz,下列說法正確的是 ()A.在空氣中X波段的傳播速度大于S波段的傳播速度B.在空氣中S波段的波長比X波段的波長短C.S波段和X波段的頻率都比紫外線的頻率小D.X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小答案:C4.兩束能量相同的色光,都垂直射到物體表面,第一束光在某段時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)與第二束光在相同時間內(nèi)打到物體表面的光子數(shù)之比為5∶4,則這兩束光的光子能量和波長之比分別為 (

)A.4∶5

4∶5

B.5∶4

4∶5C.5∶4

5∶4 D.4∶5

5∶4

答案:D5.氦氖激光器發(fā)出波長為633nm的激光,普朗克常