2019-2020学年高中物理 第十七章 1 能量量子化课件 新人教版选修3-5

第十七章波粒二象性1能量量子化1.了解什么是热辐射及热辐射的特性。2.了解黑体和黑体辐射,了解黑体辐射的实验规律。3.了解普朗克能量子的概念,领会这一科学突破过程中科学家的思想。一二三一、黑体与黑体辐射1.热辐射。(1)定义:我们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,所以叫作热辐射。(2)特点:热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同。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:黑体辐射的电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。一二三黑体就是黑色的物体吗?提示：不一定,黑体是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体,不一定是黑色的物体。一二三二、黑体辐射的实验规律1.一般材料的物体,辐射电磁波的情况,除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。2.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。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。一二三三、能量子1.定义:普朗克认为,带电微粒辐射或者吸收能量时,只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍。即:能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.能量子大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量,h=6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。3.能量的量子化:在微观世界中能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。一二三一、对黑体和黑体辐射的理解任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领。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,因而被称为热辐射。黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射(但黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体,但许多物质是较好的黑体近似。一二三二、一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。对象热辐射特点吸收、反射的特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类、表面状况有关既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关黑体辐射电磁波的强弱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,不反射特别提示黑体是一个理想化的物理模型,黑体看上去不一定是黑色的。一二三三、能量子的计算能量子的计算问题一般涉及求对应波长(频率)的电磁波的能量问题或求光子数的问题。1.求光子能量的问题的思路(1)题目若直接给出电磁波的频率,则应用ε=hν求出对应频率电磁波的能量。2.求光子数问题的一般思路(1)根据已知条件利用ε=hν求得每一个光子的能量。(2)根据Pt=Nε,求出光子数N。(2)题目若给出的是该电磁波的波长,首先利用ν=𝑐𝜆求出对应的频率,再应用𝜀=ℎ𝜈求出对应频率电磁波的能量。类型一类型二类型三对黑体及黑体辐射的理解【例题1】(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔,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。黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像如图所示,则下列说法正确的是()A.T1T2B.T1T2C.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的方向移动类型一类型二类型三解析: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,全部吸收任何波长的辐射的物体,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,λ1λ2,T1T2,本题正确选项为A、D。答案:AD题后反思随着温度的升高,各种波长的辐射本领都在增加,当黑体温度升高时,辐射强度的最大值向短波方向移动,这是黑体辐射的特点,熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键。类型一类型二类型三对能量子的认识【例题2】(多选)对一束太阳光进行分析,下列说法正确的是()A.太阳光是由各种单色光组成的复合光B.在组成太阳光的各单色光中,其能量最强的光为红光C.在组成太阳光的各单色光中,其能量最强的光为紫光D.组成太阳光的各单色光,其能量都相同解析:根据棱镜散射实验可知太阳光是由各种单色光组成的复合光,故选项A正确。根据能量子的概念可知,光的能量与它的频率有关,而频率又等于光速除以波长,由于红光波长最长,紫光波长最短,可以得出各单色光中能量最强的为紫光,能量最弱的为红光,即选项B、D错误,选项C正确。答案:AC类型一类型二类型三题后反思不同谱段的能量大小可依据普朗克能量子假说来判断或计算,即ε=hν。类型一类型二类型三普朗克能量子假说的综合运用【例题3】人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时,只要每秒有6个绿光的能量子射入瞳孔,眼睛就能察觉。普朗克常量取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到的最小功率是()A.2.3×10-18WB.3.8×10-19WC.7.0×10-10WD.1.2×10-18W解析:因只要每秒有6个绿光的能量子射入瞳孔,眼睛就能察觉。所以察觉到绿光所接收的最小功率P=𝐸𝑡,式中E=6ε,又ε=hν=ℎ𝑐𝜆,可解得P=6×6.63×10-34×3×108530×10-9W≈2.3×10-18W。答案:A类型一类型二类型三题后反思解这类问题的关键是用好两个公式:(1)ε=hν;(2)c=λν。