a物理学的新纪元_学案全集(人教选修)

金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第1页共5页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com17．1能量量子化：物理学的新纪元学习目标1、了解黑体和黑体辐射。2、体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识。3、了解微观世界中的量子化现象，比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。学习重点：能量子的概念学习难点：黑体辐射的实验规律知识链接：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”。学习过程：一、黑体与黑体辐射阅读课本p27页，思考并回答以下问题：金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第2页共5页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com1、什么是热辐射？热辐射有哪些特性？2、什么是黑体？3、一般物体辐射电磁波的情况与那些因素有关？4、黑体辐射电磁波的情况和哪些因素有关？二、黑体辐射的实验规律阅读课本p28页，并观察黑体辐射的实验规律图形，1、理解黑体热辐射的强度与波长的关系：2、怎样解释黑体辐射的实验规律呢？三、能量子：超越牛顿的发现1、什么是能量子？2、写出定量计算能量子的公式，并说明各符合的物理意义。3、普朗克认为微观粒子的能量有什么特点？4、说说普朗克的发现对物理学的发展有何意义？金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第3页共5页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com例题：1、两块瓷片在常温下，一片黑色，另一片白色，使它们加热到能够发光的温度，这时哪一块瓷片更明亮?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?例2、自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射，热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同．处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变，若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100％地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体．单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0=δT4，其中常量δ＝5.67×10—8W／(m2K4)．在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体．有关数据及数学公式：太阳半径Rs＝696000km，太阳表面温度T＝5770K，火星半径r＝3395km，球面积S＝4πR2，其中R为球半径．(1)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10—7m一1×10—5m范围内，求相应的频率范围．(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少?(3)火星受到来自太阳的辐射可认为垂直射到面积为πr2(r为火星半径)的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温课堂练习：1．如图所示为T1、T2温度时黑体辐射强度与波长的关系，则下列选金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第4页共5页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com项正确的是()A，T1T2B．T1T2C．随温度升高，各种波长的辐射强度都减小D．随温度升高，辐射强度的极大值向短波长方向移动2．以下宏观概念，哪些是“量子化”的()A．物体的质量B．人的身高C．班里学生的个数D．物体的动量3．可见光的波长范围大致400nm～700nm，问可见光电磁辐射的能量子ε的范围是多少?4．氦氖激光器发射波长为6328埃的单色光，试计算这种光的一个光子能量为多少?若该激光器的发光功率为18mW，则每秒钟发射多少个光子?参考答案：一、1、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。特点：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、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3、一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关4、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。二、1、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。金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com第5页共5页金太阳新课标资源网wx.jtyjy.com2、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”。三、1、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倍，这个不可再分的最小能量值e叫做能量子2、大小：e=hν。其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s(—般h=6.63x10—34J·s)。3、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。4、普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁例1、黑色的更明亮，不对例2、（1）3×1013——1.5×1015Hz(2)1.38×1030J(3)204K练习：1．AD2．C3．2.84×10—19J——4.97×10—19J4．6×1013