人教版高中物理必修第三册第十三章电磁感应与电磁波初步13-5能量量子化课件

第十三章电磁感应与电磁波初步学习目标1.结合生活经验和已经学过的知识,认识热辐射、黑体和黑体辐射,能说出一般物体热辐射和黑体辐射的特点,感悟以实验为基础的科学探究方法.2.通过对黑体辐射实验规律与经典电磁理论的矛盾的分析,了解普朗克的能量子假设的时代背景,知道普朗克提出的能量子假设的基本内容;了解爱因斯坦的光子说,体会微观粒子与宏观物体遵循不同的规律,培养质疑问题的能力.3.通过对原子的发射光谱的分析,了解原子的能量是量子化的,知道什么是能级和能级跃迁,了解原子发光的原理.5能量量子化知识点一热辐射1.热辐射:周围的一切物体都在辐射

,这种辐射与物体的

有关,所以叫作热辐射.电磁波温度2.我们周围的物体都在进行热辐射.为什么我们的眼睛只能观察到部分物体的热辐射?热辐射强度与什么因素有关?答案:温度不同的物体辐射的电磁波的波长不同,波长较长的电磁波不能引起人的视觉,波长在一定范围内的电磁波才能引起人的视觉.热辐射强度按波长分布情况随物体的温度不同而有所不同.3.如果某种物体能够完全吸收入射的

而不发生反射,这种物体叫作黑体.黑体虽然不反射电磁波,但是却可以向外辐射电磁波.4.煤烟(如图)很接近黑体,其对外来电磁波的吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收.如果把一定量的煤烟置于阳光下照射,它的温度是否会一直上升?(不考虑与空气的热交换)答案:不会.煤烟吸收能量的同时还伴随着能量的辐射,最终将趋于平衡,之后温度不再升高.各种波长的电磁波知识点二能量子1.

做出了这样的大胆假设:振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的

,如ε、2ε、3ε……这个不可再分的

叫作能量子.2.能量子的大小为ε=

,其中ν是电磁波的

,h是普朗克常量,其值为h=

.

3.爱因斯坦把能量子假设进行了推广,他认为电磁场本身就是不连续的,也就是说,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为

,这些能量子后来被叫作

.普朗克整数倍最小能量值ε频率6.62607015×10-34J·shν光子hν知识点三能级1.普朗克的能量子假设,在原子系统中是怎么体现的?什么叫能级?答案:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级,不同的能级能量值不同.2.通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是

.气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到较高的能量状态.这些状态的原子是不稳定的,会自发地向

.的能级跃迁,

光子.3.原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于

.

.4.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些

.最稳定的能量较低放出前后两个能级之差分立的亮线小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.只有高温物体能发生热辐射.(

)2.能完全吸收各种入射的电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.(

)3.温度越高,黑体辐射电磁波的强度越弱.(

)4.微观粒子的能量只能是能量子的整数倍.(

)5.能量子的能量是任意的,其大小与电磁波的频率无关.(

)6.氢原子的能级是连续的.(

)×√×√××探究一热辐射问题情境1.把铁块投进火炉中,刚开始铁块只发热不发光,随着温度的升高,铁块会慢慢变红,开始发光,如图所示.不同温度的铁块,为什么颜色不同?不同温度的铁块热辐射的强度相同吗?这些事实说明了什么?答案:铁块的温度升高,热辐射中波长较短的成分越来越强,所以铁块的颜色发生变化;铁块的温度不同,热辐射的强度不同;这说明热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.2.研究物体的热辐射的规律,为什么要研究黑体辐射?答案:一般材料的物体,会反射电磁波,其辐射电磁波的情况与温度和材料的种类及表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关.3.黑体看上去一定是黑色的吗?黑体在现实生活中是否存在?答案:黑体看上去不一定是黑色的.黑体是一个理想模型,现实中并不存在绝对黑体.过程建构1.对热辐射的理解.(1)在任何温度下,任何物体都会辐射电磁波,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强,其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性.(2)在相同温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同.2.一般物体与黑体的比较.比较项热辐射特点吸收或反射电磁波的特点一般物体辐射电磁波的强度按波长的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关既能吸收也能反射电磁波,吸收或反射电磁波的情况与物体的材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波,不反射电磁波【典例1】下列对黑体的认识,说法正确的是 (

)A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关,与材料的种类及表面状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个带小孔的空腔就可以近似为一个黑体解析:黑体自身能辐射电磁波,黑体不一定是黑的,选项A错误;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,选项B错误,选项C正确;带小孔的空腔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此带小孔的空腔可以近似为一个黑体,选项D正确.答案:CD探究二能量子和能级问题情境如图所示,某激光器能发射波长为λ的激光.1.激光光子的能量可以取任意值吗?是连续的还是一份一份的?答案:不可以取任意值.光子的能量不是连续的,而是一份一份的.3.电子由高能量状态跃迁到低能量状态时,释放出的光子的频率可以是任意值吗?

答案:不可以.因各能级是分立的,放出的光子的能量也是分立的,由ε=hν可知,跃迁时释放出的光子的频率也是一系列分立的值.2.普朗克常量为h,那么每个激光光子的能量是多少?如果激光发射功率为P,那么单位时间内发射多少个光子?(真空中的光速为c)

过程建构1.在宏观尺度内研究物体的运动时,物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时,必须考虑能量量子化.2.通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最稳定的.当原子处于较高的能量状态时,原子是不稳定的,原子会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子.3.原子从能量较高的能级(其能量记为Em)跃迁到能量较低的能级(其能量记为En,m>n)时,会放出能量为hν的光子,该光子的能量hν=Em-En,能级差越大,放出光子的频率就越高.【典例2】人眼对绿光较为敏感,正常人的眼睛接收波长为530nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉.普朗克常量为6.63×10-34J·s,光速为3.0×108m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率约是 (

)A.2.3×10-18W

B.3.8×10-19WC.7.0×10-10W

D.1.2×10-18W

答案:A课堂评价答案:BCD1.(多选)关于热辐射,下列说法正确的是 (

)A.物体在室温时,热辐射的主要成分是波长较短的电磁波B.随着温度的升高,热辐射中波长较短的成分越来越强C.给一块铁加热,铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色D.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性答案:BC2.(多选)关于对普朗克的能量子假设的认识,下列说法正确的是(

)A.振动着的带电微粒的能量可以是任意的值B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C.能量子与电磁波的频率成正比D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的3.我国研制的055新型防空驱逐舰采用“双波段(X波段和S波段)”雷达系统,雷达发射的X波段的频率为8GHz~12GHz,S波段的频率为2GHz~4GHz,下列说法正确的是 ()A.在空气中X波段的传播速度大于S波段的传播速度B.在空气中S波段的波长比X波段的波长短C.S波段和X波段的频率都比紫外线的频率小D.X波段能量子的能量比S波段能量子的能量小答案:C4.两束能量相同的色光,都垂直射到物体表面,第一束光在某段时间内打到物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为5∶4,则这两束光的光子能量和波长之比分别为 (

)A.4∶5

4∶5

B.5∶4

4∶5C.5∶4

5∶4 D.4∶5

5∶4

答案:D5.氦氖激光器发出波长为633nm的激光,普朗克常