17-1能量量子化

第十七章波粒二象性系列丛书进入导航第十七章波粒二象性人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航课堂效果检测课时作业课前自主学习课堂讲练互动1能量量子化人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航课主自前学习梳理知识·········································突破难点人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航一、黑体与黑体辐射1．热辐射问题(1)热辐射：我们周围的一切物体都在以的形式向外辐射能量，而且辐射强度与相关，所以物理上把这种辐射称为热辐射．(2)热辐射的基本规律：物体以的形式向外辐射能量，而且在不同温度下辐射强度按有不同的分布．电磁波物体的温度电磁波电磁波波长人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航2．黑体辐射(1)黑体物体在辐射电磁波的同时，还会吸收和反射外界射来的电磁波．如果一个物体能外来的电磁波而不产生反射，我们称之为绝对黑体，简称黑体．全部吸收人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航(2)黑体辐射黑体表面向外辐射电磁波，这个过程叫做黑体辐射．黑体辐射的状况只与黑体的有关，与材料的种类及表面状况无关，能反映具有普遍意义的热辐射规律，是研究热辐射的理想模型．温度人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航预习交流1在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？答案：在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航二、黑体辐射的实验规律1．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有，另一方面，辐射强度的最大值向波长的方向移动．增加短人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航2．黑体辐射实验规律的理论解释(1)维恩公式：德国物理学家维恩从热学理论推出的公式，只在部分与实验相符；(2)瑞利公式：英国物理学家瑞利从经典电磁理论推出的公式，只在部分与实验相符；且根据瑞利公式，当波长趋于零时，辐射本领将会，这显然与客观事实不符．由于高频范围的辐射是在紫外波段，故而被当时的科学家称为“紫外灾难”．短波长波长波趋于无穷大人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航预习交流2你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案：现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航三、能量子1．能量子微观世界里的能量是一份一份的，其中不可分的最小值ε叫做，ε＝hν，式中的ν是，h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s.能量子电磁波的频率人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航2．量子化宏观世界里的能量是的，微观世界里的能量是的，不是任意值，是量子化的，或者说是分立的．连续不连续人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航课练讲堂互动分类剖析·········································总结应用人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体．所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸知识点一对黑体和黑体辐射的理解人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航收，既没有反射，也没有透射的物体(但黑体仍然要向外辐射)．显然自然界不存在真正的黑体，但许多物质可近似看成黑体(在某些波段上)．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航【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【导思】可根据热辐射的定义及黑体辐射的实验规律直接判断即可．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航【解析】根据热辐射的定义，A正确；因为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的温度有关，故B错误，C正确；根据黑体的定义知D正确．【答案】ACD人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航黑体同其他物体一样也在辐射电磁波，黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射强度只与温度有关．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航变式训练1下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是()人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航解析：根据黑体辐射的规律，温度越高，辐射强度越大，辐射出的波频率高的比例增大，即波长小的波比例增大，故选A.答案：A人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航能量子的能量为ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，其值为h＝6.626×10－34J·s.知识点二能量量子化及其应用人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航把电磁波的波速(光速)与波长、频率的关系式跟能量子公式综合起来解决问题．注意，光在不同的介质中的传播速度不同，当已知光在真空中的波长λ时，要用c＝λν求其频率，其中c是光在真空中的传播速度；当已知光在某介质中的波长λ介时，要用v＝λ介ν求其频率，其中v是光在介质中的传播速度．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航【例2】一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长λ＝6.0×10－7m，在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子(能量子)数约为()A．2×1017B．2×1016C．2×1015D．2×1023人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航【导思】1.每个光子的能量是多少？2．电灯每秒钟产生的光能是多少，这些光能包含多少个光子？人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航【解析】光是电磁波，辐射能量也是一份一份进行的，100W灯泡每秒产生光能E＝100J，设电灯每秒发出的光子数为n，E＝nhν＝nh\f(c,λ)，在以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子(能量子)数n′＝\f(n,4πr2)，n′＝\f(Eλ,4πr2hc)＝\f(100×6.0×10－7,4×3.14×102×6.63×10－34×3×108)≈2×1017(个)．【答案】A人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航此类题一定要注意空间想象能力，并把画面想象出来．同时要注意关键字眼，如“每秒”、“1m2”的理解．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航变式训练2太阳光垂直射到地面上时，地面上1m2接收的太阳光的功率是1.4kW，其中可见光部分约占45%.(1)假设认为可见光的波长约为0.55μm，日地间距离R＝1.5×1011m．普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？(2)若已知地球的半径为6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航解析：(1)设地面上垂直阳光的每平方米面积上每秒接收的可见光光子数为n，则有P×45%＝nhcλ.解得：n＝0.45λPhc＝0.45×0.55×10－6×1.4×1036.6×10－34×3×108m－2＝1.75×1021m－2.则所求可见光光子数N＝n·4πR2＝1.75×1021×4×3.14×(1.5×1011)2＝4.9×1044(个)．人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航(2)地球接收阳光的总功率P地＝Pπr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2kW≈1.8×1014kW.答案：(1)4.9×1044个(2)1.8×1014kW人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航课果效堂检测实战演练·········································体验成功人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航一、选择题1．黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航解析：根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素知，其只与温度有关．答案：A人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航2．以下宏观概念，是“量子化”的是()A．木棒的长度B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航解析：所谓“量子化”应该是不连续的，一份一份的．故正确选项为D.答案：D人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航3．一束红光从空气射入折射率为1.5的玻璃，则这束红光的能量子将()A．变小B．变大C．不变D．不能确定人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航解析：光的能量为ε＝hν，光从空气射入玻璃后频率并不改变，因此该题选C.答案：C人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航4．一个某频率的能量子，其能量为E，这种频率的光在某一介质中传播时其波长为λ，则这种介质的折射率为()A.λEhB.λEchC.hcλED.hλE人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航解析：由于ε＝hν，所以λ0＝cν0＝hcE，而n＝λ0λ＝hcλE，故C正确．答案：C人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航5．在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用．蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的．假设老鼠的体温约37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λmax.根据热辐射理论，λmax与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλmax＝2.90×10－3m·K.人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为()A．7.8×10－5mB．9.4×10－6mC．1.16×10－4mD．9.7×10－8m(2)老鼠发出的最强热辐射属于()A．可见光波段B．紫外波段C．红外波段D．X射线波段答案：(1)B(2)C人教版·物理·选修3-5第十七章·1系列丛书进入导航温示提馨请做：课时作业（6）课时作业·堂堂清（点击进入）