高中物理黑体辐射教案及高中物理-恒定电流-解题方法总结

1：背景知识介绍：19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。然而，事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。下面我们将首先说什么是黑体和黑体辐射，在这之前，先了解一下热辐射的定义：（1）热辐射现象固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体【例1】下列叙述正确的是()A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波[解析]根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知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态有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误，C正确；由黑体的定义知D正确。[答案]ACD2．黑体辐射的实验规律教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。课件展示：瑞利--金斯线。见课件。【例2】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?[解析]本题考查热辐射的规律，解题时要注意辐射的能量与温度的关系。[答案]根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度[点评]用学习的物理知识解释物理现象或者把握判断其特征，体现了学以致用的原则。3．能量子：超越牛顿的发现1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，...nε，n为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为这个最小能量值，就叫做能量子课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式（1）黑体辐射公式1900.10.19普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，汤姆孙发现了电子，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”【例3】对应于3．4xl0—l9J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少?它是什么颜色?[解析]根据公式εo=hν和ν=c/λ得ν=ε/h=5.13x1014Hzλ=c/ν=5.85x10-7Hz5．13x10-14Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5．85xl0—7m。[答案]5．13x10—l4Hz5．85x10-7m黄色[点评]要熟练掌握E=Pt=nε，εo=hν和ν=c/λ等关系，这是解题的关键。恒定电流习题课考点1对电流表达式的理解I=q/t中q是通过横截面的电荷量而不是通过单位横截面的电荷量。如果是单位横截面的电流的话，就是电流密度了。或者说电流的大小是由通过横截面的总电荷快慢决定的，当然不能用单位横截面去定义。举例：为什么横截面越大，电阻越小？因为电流大了！（横截面的大小会影响电流大小）电流微观式I＝nqSvn：导体单位体积内的自由电荷数q：每个自由电荷的电荷量S：导体横截面积v：定向移动的速率1.如图所示是一根粗细均匀的橡胶棒，其横截面积为S，由于与毛皮发生摩擦而均匀带负电，若已知该橡胶棒每米所带的电荷量为q，则当该棒沿轴线方向做速度为v的匀速直线运动时，形成的等效电流为()A．vq B.eq\f(q,v)C．qvS D.eq\f(qv,S)2.(多选)一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流强度为I。设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此时电子定向移动的速度为v，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为()A.nvSΔt B．nvΔtC.eq\f(IΔt,e) D.eq\f(IΔt,Se)3.在显像管的电子枪中，从炽热的金属丝不断放出的电子进入电压为U的加速电场，设其初速度为零，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。已知电子的电荷量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为Δl的电子束内的电子个数是()A.eq\f(IΔl,eS)eq\r(\f(m,2eU)) B.eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))C.eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU)) D.eq\f(ISΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))解析设电子刚射出电场时的速度为v，则eU＝eq\f(1,2)mv2，所以v＝eq\r(\f(2eU,m))。加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束，由I＝neSv，可得n＝eq\f(I,eSv)＝eq\f(I,eS)eq\r(\f(m,2eU))，所以长度为Δl的电子束内的电子数N＝ΔlSn＝eq\f(IΔlS,eS)eq\r(\f(m,2eU))＝eq\f(IΔl,e)eq\r(\f(m,2eU))。考点2导体形变后电阻的分析方法某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点：(1)导体的电阻率不变，因其由导体材料本身决定。(2)导体的体积不变，由V＝lS可知l与S成反比。(3)在ρ、l、S都确定之后，应用电阻定律R＝ρeq\f(l,S)求解。1.如图所示，P为一块半圆形薄电阻合金片，先将它按图甲方式接在电极A，B之间，测出它的电阻为R，然后将它再按图乙方式接在电极C，D之间，这时它的电阻应为()A.R B.eq\f(R,2)C.eq\f(R,4) D．4R考点3对欧姆定律与伏安特性曲线的理解如果电阻是非线性变化，只能通过伏安曲线上找出在某确定电压下对应的电阻值。不能用该点的切线斜率来计算电阻1.小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一点，PN为图线在P点的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线，则下列说法中正确的是()A.随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小B.对应P点，小灯泡的电阻为R＝eq\f(U1,I1)C.对应P点，小灯泡的电阻为R＝eq\f(U1,I2－I1)D.对应P点，小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积2.如图所示，是某晶体二极管的伏安特性曲线，下列说法正确的是()A.加正向电压时，二极管电阻较小，且随着电压的增大而增大B.加反向电压时，二极管电阻较大，无论加多大电压，电流都很小C.无论是加正向电压还是加反向电压，电压和电流都不成正比，所以二极管是非线性元件D.二极管加正向电压时，电流随电压变化是一条直线3.(多选)在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0V，内阻不计，L1、L2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，R为定值电阻，阻值为7.5Ω。当开关S闭合后()A．L1的电阻为eq\f(1,12)ΩB．L1消耗的电功率为7.5WC．L2的电阻为7.5ΩD．L2消耗的电功率为0.3W考点4电功、电热、电功率和热功率无论是纯电阻还是非纯电阻，电功均为W＝UIt，电热均为Q＝I2Rt处理非纯电阻的计算问题时，电功＝电热＋其他能量1.有一个小型直流电动机，把它接入电压为U1＝0.2V的电路中时，电动机不转，测得流过电动机的电流是I1＝0.4A；若把电动机接入U2＝2.0V的电路中，电动机正常工作，工作电流是I2＝1.0A，求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，此时电动机的发热功率是多大？考点5电路的动态分析（1）结论法“串反并同”（2）极限法（3）特殊值法eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U并↑,I并↑,P并↑))1.如图所示，电路中电源电动势为E，内阻为r，C为电容器，L为小灯泡，R为定值电阻，闭合开关，小灯泡能正常发光。现将滑动变阻器滑片向右滑动一段距离，滑动前后理想电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则()A．电源的输出功率一定增大B．灯泡亮度逐渐变暗C.eq\f(ΔU1,ΔI)与eq\f(ΔU2,ΔI)均保持不变D．当电路稳定后，断开开关，小灯泡立刻熄灭2.如图所示，电源电动势为E，内阻为r。当滑动变阻器的滑片P从左端滑到右端时，理想电压表V1、V2示数变化的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，干路电流为I，下列说法正确的是(灯泡电阻不变)()A.小灯泡L1、L3变暗，L2变亮B.ΔU1与ΔI的比值不变C.ΔU1<ΔU2D.ΔU1＝ΔU23.如图电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P从最高端向下滑动时()A．电压表V读数先变大后变小，电流表A读数变大B．电压表V读数先变小后变大，电流表A读数变小C．电压表V读数先变大后变小，电流表A读数先变小后变大D．电压表V读数先变小后变大，电流表A读数先变大后变小4.如图所示电路中，滑片P位于滑动变阻器R2正中间，电源内阻不能忽略，两个电压表均为理想电表。当滑动变阻器R2的滑片P滑动时，关于两个电压表与的示数，下列判断正确的是()A．P向a端滑动的过程中，的示数逐渐增大、的示数逐渐减小B．P向a端滑动的过程中，R2消耗的功率一定逐渐减小C．P向b端滑动的过程中，示数改变量的绝对值小于示数改变量的绝对值D．P向b端滑动的过程中，示数改变量与流过R2的电流改变量的比值保持不变解析根据R1＋r＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(ΔU,ΔI)))，R1＋r不变，示数改变量与流过R2的电流改变量的比值保持不变考点6电路的功率和效率问题当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝eq\f(E2,4r)。效率仅为50%1.已知电源内阻r＝2Ω，灯泡电阻RL＝2Ω，R2＝2Ω。滑动变阻器R1的最大阻值为3Ω，如图所示，将滑片P置于最左端，闭合开关S1、S2，电源的输出功率为P0，则()A.滑片P向右滑动，电源输出功率一直减小B.滑片P向右滑动，电源输出功率一直增大C.断开S2，电源输出功率达到最大值D.滑片P置于最右端时，电源输出功率仍为P02.如图所示电路中，R为一滑动变阻器，P为滑片，若将滑片向下滑动，则在滑动过程中，下列判断错误的是()A.电源内电路消耗功率一定逐渐增大B.灯泡L2一定逐渐变暗C.电源效率一定逐渐减小D.灯泡L1变亮考点7含电容器电路的分析1.电容器的简化处理：简化电路时可以把电容器所处电路作为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时在相应位置再补上。2.电阻的简化处理：电路稳定后，与电容器同支路的电阻相当于导线。3.电荷变化量的计算：电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。可由ΔQ＝CΔU计算电容器上电荷量的变化。4.直流电路中的电容和电阻：在直流电路中，如果串联或并联了电容器应该注意，在与电容器串联的电路中没有电流，所以电阻不起降压作用，但电容器两端可能出现电势差；如果电容器与电源并联，电路中有电流通过。电容器两端的充电电压不是电源电动势E，而是路端电压U。5.电容器的极性判断：在含电容器电路中，当电路发生变化时，除了要判断和计算电容器两端的电压外，还必须要判断电容器极板上极性的变化，防止出现电容器先放电后反向充电的现象。1.如图所示，电源电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝7.5Ω，电容器的电容C＝4μF。开关S原来断开，现在合上开关S到电路稳定，试问这一过程中通过电流表的电荷量是多少？考点8电路故障问题分析电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不良等现象，检查故障的基本方法有两种：1.仪表检测法(1)电压表检测：如果电压表示数为零，说明电压表上无电流通过，则可能在并联路段之外有断路，或并联路段内有短路。如果电压表有示数，说明电压表上有电流通过，则在并联路段之外无断路，或并联路段内无短路。(2)电流表检测：当电路中接有电源时，可用电流表测量各部分电路上的电流，通过对电流值的分析，可以确定故障的位置。在运用电流表检测时，一定要注意电流表的极性和量程。(3)欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路。在运用欧姆表检测时，电路一定要切断电源。2.假设法已知电路发生某种故障，寻找故障发生在何处时，可将整个电路划分为若干部分，然后逐一假设某部分电路发生故障，运用闭合电路或部分电路的欧姆定律进行推理。推理结果若与题述物理现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与题述物理现象符合，则故障可能发生在这部分电路，直到找出发生故障的全部可能为止，此方法亦称排除法。判断出是哪个部分出现了什么问题就可以对电路进行简化，如果是短路则直接当成一根导线处理，如果是断路则直接像开关一样断开该条线路。1.如下图是某同学连接的实验实物图，A、B灯都不亮，他采用下列两种方法进行故障检查。(1)应用多用电表的直流挡进行检查，选择开关置于10V挡。该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时，红表笔应接触________(填a或b)。根据测试结果，可判定故障是________。A.灯A短路 B．灯B短路C.cd段断路 D．df段断路(2)(多选)将开关断开，再选择欧姆挡测试，