2017-2018学年高中物理第十七章波粒二象性1能量量子化同步备课学案新人教版选修3-5

1、1能量量子化目标定位1. 了解黑体辐射和能量子的概念2 了解黑体辐射的实验规律 .3.知道普朗克提出的能量子假说.一、黑体与黑体辐射知识檢理-1 热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射.特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同.2.黑体(1) 定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝 对黑体，简称黑体.(2) 黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有_【深度思考】任何物体都能辐射红外线，辐射强度与温度有关. 那辐射强度和颜色又有什么关系？将铁块投在火炉中，铁块的颜色会随着

2、温度的升高而发生哪些变化？答案热辐射的强度与温度之间有着密切的关系，也就是辐射的波长与温度有关， 波长与颜色有关.铁块在火炉中的颜色随温度的升高而变化.依次是暗红、赤红、橘红、黄白.典例精析-【例 1】 近年来军事行动中，士兵都配带红外夜视仪，在夜间也能清楚地看清目标， 主要是因为()A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线，照射被视物体B.切物体均在不停地辐射红外线C. 一切高温物体均在不停地辐射红外线D. “红外夜视仪”发射出 X 射线，被射物体受到激发而发出红外线解析 一切物体都在不停地向外辐射红外线， 不同物体辐射出来的红外线不同， 采用“红外 夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、 大小和

3、位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出 目标从而采取有效的行动故只有 B 正确.答案 B、黑体辐射的实验规律2知识梳理-1 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加._2.随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动.如图1 所示.辐射揽度024A/un图 1【深度思考】黑体就是绝对不发光的物体，看上去一定是黑色的，这句话对吗？答案 不对.黑体是理想化的模型， 在低温时所辐射的各种波长的电磁波中强度最大的是红 外线，这时看起来是黑色的；当黑体达到高温时，辐射的各种波长的电磁波强度均增加，其中强度最大的为可见光，这时黑体是明亮的.典例精析-【例 2】（多选）在实验室或工厂的高温炉子上开

4、一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性就可以确定炉内的温度.如图 2 所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是（）图 2A.TIT2B.TIT2c.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动解析一般材料的物体辐射能量的多少决定于物体的温度（T）、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不反射3的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动从题图中可以看出，入1T2

5、,本题正确选项为 A、D.答案 ADI总结提升丨1 理解和熟记辐射强度随波长的变化关系图象是解此类问题的关键.2 黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类和表面状况无关.三、能量子知识檢理-1 定义普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数_ 这个不可再分的最小能量值叫做能量子.2 大小=hv,其中v是电磁波的频率，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】人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为 钟有 6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常量为3.0X108m/s，则人眼能察觉到

6、绿光时所接收到的最小功率是530 nm 的绿光时，只要每秒6.63X1034J s,光速为18A. 2.3X10 WB.193.8X10 WC. 7.0X10一10WD.1.2X1018W解析因只要每秒有 6 个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.所以察觉到绿光所接收的最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总结提升IC=入v光的频率- 山 能量子的能量一每秒内发射能量子的总能量 - 能量子的个数解决此类题目的关键是熟练掌握e=hv和C=v及E=Pt=ne等关系式.5每个激光光子的

7、能量为=hC，该紫外激光中所含光子数为入2 400人21人6.63X10 冷“2 X 10个对点检测自查自纠1.（对黑体辐射规律的理解）能正确解释黑体辐射实验规律的是（）A. 能量的连续经典理论B. 普朗克提出的能量量子化理论C. 以上两种理论体系任何一种都能解释D. 牛顿提出的能量微粒说答案 B解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故 B 正确.2. （对黑体辐射规律的理解 ）（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（ ）A. 物体在某一温度

8、下只能辐射某一固定波长的电磁波B. 当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C. 当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强D. 早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高答案 BC解析由辐射强度随波长变化关系图知：随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波.故B、C 项正确.3 .（能量子的理解及 =hv的应用）（多选）关于普朗克“能量量子化”的假设，下列说法 正确的是（）针对训练 神光“n”装置是我国规模最大,国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为 2 400 J、波长入为 0.35卩

9、m 的紫外激光，已知普朗克常量h= 6.63X10答案s,则该紫外激光所含光子数为多少个?（保留两位有效数字214.2X10解析En=6A.认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的B. 认为能量值是连续的C. 认为微观粒子的能量是量子化的、连续的D. 认为微观粒子的能量是分立的答案 AD解析普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份的，微观粒子的能量是量子化的，是分立的，故A、D 正确.4.（能量量子化理解及=hv的应用）红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个脉冲.现有一红宝石激光器，发射功率为P= 1.0X106W,所发射的光脉冲持续时间 t= 1.0X1

10、0 s，波长为 693.4 nm（1 nm = 10 m），求：（1）每个光脉冲的长度.每个光脉冲含有的光子数.（已知 h= 6.63X10_34J s,结果保留两位有效数字）答案（1）3.0XI0 m （2）3.5X10 个解析（1）光脉冲的长度即光在一个脉冲时间内传播的距离，根据s=Ct可知每个光脉冲的长度811 3s=ct=3X10X1.0X10 m=3.0X10 m根据E=Pt可知每个光脉冲含有的能量为E= 1.0X106X1.0X10_11J = 10_5Jc而每个光子的能量 =hv=h入E13故每个光脉冲含有的光子数n=疋3.5X10 个.题组训练解疑纠偏题组一黑体辐射的理解和应用

11、1关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（）A. 热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B. 温度越高，物体辐射的电磁波越强C. 辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D. 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色答案 B解析 一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强， 对于一般材料 的物7体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关; 常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色.2.对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是（）8A.温度B.材料C.表面状况D.以上都正确答案 A解析 根据黑体辐射电磁波的强

12、度按波长的分布只与黑体的温度有关，A 对.3下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（）答案 A解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A 正确，B C、D 错误.4.（多选）2006 年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背 景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化.他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点.下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是（）A. 微波和声波一样都只能在介质中传播B. 般物体辐射电磁波的情况只与黑体温度有关C. 黑体的热辐射实质上是电磁辐射D.

13、 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案 CD解析 微波是一种电磁波，传播不需要介质；一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外， 还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关；黑体辐射本质上是电磁辐射，普朗克最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子.题组二能量子的理解及 =hV的应用辐躬强度A辐射强度辎肘强度95.对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是（）A 以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收10B. 辐射和吸收的能量可以不是某一最小值的整数倍C. 吸收的能量可以是连续的D. 辐射和吸收的能量都可以是连续的 答案 A解析带电微粒辐

14、射和吸收能量时是以最小能量值一一能量子的整数倍一份一份地辐射答案 B解析 一个光电子的能量cc =hV=h，贝yN个光子的总能量E=N，选项 B 正确. 入0入07.某激光器能发射波长为入的激光，发射功率为P,c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )hchPB. XccP入 C.hD.入Phc答案 Ahcp入p解析 每个光量子的能量 =h v =，每秒钟发射的总能量为P,贝U n=.入hC题组三综合应用& 40 瓦的白炽灯，有 5%的能量转化为可见光.设所发射的可见光的平均波长为580 nm,那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少？（普朗克常量h= 6.63x103

15、4J s,光速c=83.0 x10 m18答案 5.8x10 个c解析 波长为入的光子能量为： =hv=h 入设灯泡每秒内发出的光子数为n,灯泡电功率为P,则:式中，n= 5%是灯泡的发光效率.联立式得：nP入n=hc代入题给数据得：n 5.8x1018（个）或吸收的，是不连续的故选项 A 正确，选项6 硅光电池是将光辐射的能量转化为电能若有 这些光子的总能量为（h为普朗克常量）（）cA. hB.入0C. Nh 入oD.B C、D 均错.N个波长为 入o的光子打在光电池极板上,c入02Nh入on=119能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为1O18J，已知可见光的平均波长约为60 卩 m 普朗克常量为 6.63X10-34J s,则进入人眼的光子数至少为多少个？答案 302 个解析 根据=hv=hf求出可见光光子的平均能量，从而求出能引起人的视觉反应时, 入进入人眼的光子数进入人眼的光子数至少为n= - - 302.10.小灯泡的功率P= 1 W,设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长入=106m,求在距离d= 1.0X104m 处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为 1 cnf 的球面上的光子数是多少？（h= 6.63X10一34J s,结果保留三位有