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2018-2019版高中物理 第2章 波和粒子 2.1 撥開(kāi)黑體輻射的疑云課件 滬科版選修3-5.ppt

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1、2.1 撥開(kāi)黑體輻射的疑云,第2章 波和粒子,[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解熱輻射和黑體輻射的概念,了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律. 2.了解能量子的概念及其提出的科學(xué)過(guò)程. 3.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn).,內(nèi)容索引,,知識(shí)探究 新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí),題型探究 重點(diǎn)難點(diǎn) 各個(gè)擊破,達(dá)標(biāo)檢測(cè) 當(dāng)堂檢測(cè) 鞏固反饋,知識(shí)探究,一、黑體與黑體輻射,[導(dǎo)學(xué)探究] 1.什么是熱輻射?這種輻射與溫度有何關(guān)系?,答案 物體在任何溫度下,都會(huì)發(fā)射電磁波,溫度不同,所發(fā)射的電磁波的頻率、強(qiáng)度也不同,這種現(xiàn)象叫做熱輻射. 輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況是:隨物體的溫度的升高,熱輻射中波長(zhǎng)較短的電磁波成分越來(lái)越強(qiáng).,答案,2.什

2、么是黑體輻射?它與熱輻射有什么不同?,答案 能夠完全吸收各種波長(zhǎng)的電磁波而不產(chǎn)生反射的物體,叫做黑體. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān),而熱輻射還與其他因素有關(guān)(材料的種類(lèi)和表面狀況).,答案,[知識(shí)梳理] 1.熱輻射 (1)定義:我們周?chē)囊磺形矬w都在輻射電磁波,這種輻射與 有關(guān),所以叫熱輻射. (2)特點(diǎn):熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的 而有所不同. 2.黑體 (1)定義:某種物體能夠 入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生 ,這種物體就是絕對(duì)黑體,簡(jiǎn)稱(chēng)黑體. (2)黑體輻射特點(diǎn):黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的 有關(guān).,物體的溫度,溫度,完全

3、吸收,溫度,反射,[即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)黑體一定是黑色的物體.( ) (2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.( ) (3)只有高溫物體才能輻射電磁波.( ) (4)溫度越高,黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大.( ),,,答案,√,√,[導(dǎo)學(xué)探究] 1.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布如圖1所示,當(dāng)溫度從750 K升高到6 000 K時(shí),各種波長(zhǎng)的電磁波的輻射強(qiáng)度怎么變化?輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如何變化?,二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,答案,圖1,答案 變強(qiáng).輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),即變短.,2.你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎?,答案,答案 現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的

4、黑體,實(shí)際的物體都能輻射紅外線(xiàn)(電磁波),也都能吸收和反射紅外線(xiàn)(電磁波),絕對(duì)黑體不存在,是理想化的模型.,[知識(shí)梳理] 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1.隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都 . 2.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng) 的方向移動(dòng).,增加,較短,[即學(xué)即用] 判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)黑體是一種客觀存在的物質(zhì).( ) (2)黑體輻射隨溫度升高強(qiáng)度變強(qiáng).( ),,√,答案,[導(dǎo)學(xué)探究] 某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為λ的激光,那么激光光量子的能量可以取任意值嗎?是連續(xù)的還是一份一份的?設(shè)普朗克常量為h,那么每個(gè)激光光量子的能量是多少?如果激光發(fā)射功率為P,那么每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光量

5、子?,三、能量子,答案,答案 光量子的能量是不連續(xù)的,而是一份一份的,每個(gè)光量子的能量E=hν,,[知識(shí)梳理] 能量子 1.定義:普朗克認(rèn)為,振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的 ,當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),也是以這個(gè)最小能量值為單位 地輻射或吸收的,這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做 . 2.能量子大?。害牛?,其中ν是電磁波的頻率,h稱(chēng)為_(kāi)__________.h=6.62610-34Js(一般取h=6.6310-34 Js). 3.能量的量子化:在微觀世界中能量是 的,或者說(shuō)微觀粒子的能量是 的.,整數(shù)倍,能量子,一份一份,hν,分立,量子化,普朗克常量

6、,[即學(xué)即用] 1.判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍.( ) (2)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比.( ),√,答案,√,2.人眼對(duì)綠光較為敏感,正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530 nm的綠光時(shí),只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺(jué).普朗克常量為6.6310-34 Js,真空中光速為3108 m/s,則人眼能察覺(jué)到綠光時(shí)所接收到的最小功率是 A.2.310-18 W B.3.810-19 W C.7.010-10 W D.1.210-18 W,答案,解析,√,解析 因只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺(jué).,題型探究,一、黑

7、體輻射的規(guī)律,1.一般物體的輻射與黑體輻射的比較,特別提示 (1)熱輻射不一定需要高溫,任何物體任何溫度均存在熱輻射,只是溫度越高,輻射的能量越多,電磁波的短波成分越多. (2)并不是所有的發(fā)光都是熱輻射,如激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射. 2.隨著溫度的升高,黑體輻射的各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng).,例1 (多選)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖2所示,由圖可知 A.隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 B.隨溫度降低,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 C.隨溫度升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D.隨溫度降低,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng),答案,解析,解析

8、 由題圖可知,隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),當(dāng)溫度降低時(shí),上述變化都將反過(guò)來(lái).,√,√,√,圖2,針對(duì)訓(xùn)練1 關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法正確的是 A.黑體不僅能吸收電磁波,也能反射電磁波 B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外,還與材料的種 類(lèi)及表面狀況有關(guān) C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類(lèi)及 表面狀況無(wú)關(guān) D.如果在一個(gè)空腔壁上開(kāi)一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表 面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體,答案,√,1.物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)候,只能從某一狀態(tài)“飛躍”

9、地過(guò)渡到另一狀態(tài),而不可能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài). 2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為:物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化. 3.能量子的能量ε=hν,其中h是普朗克常量,ν是電磁波的頻率.,二、能量子的理解和計(jì)算,例2 (多選)對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn),以下說(shuō)法正確的是 A.以某一個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收 B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍 C.吸收的能量可以是連續(xù)的 D.輻射和吸收的能量是量子化的,解析 帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或

10、吸收的,是不連續(xù)的,故選項(xiàng)A、B、D正確,C錯(cuò)誤.,答案,解析,√,√,√,針對(duì)訓(xùn)練2 “神光Ⅱ”裝置是高功率固體激光系統(tǒng),利用它可獲得能量為2 400 J、波長(zhǎng)λ為0.35 μm的紫外激光,已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,真空中光速c=3.0108 m/s,則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)?(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字),答案,解析,答案 4.21021,2.解決此類(lèi)題目的關(guān)鍵是熟練掌握ε=hν和c=λν及E=nε=Pt等公式.,達(dá)標(biāo)檢測(cè),A.T1>T2 B.T1

11、射規(guī)律的理解)(多選)在實(shí)驗(yàn)室或工廠(chǎng)的高溫爐子上開(kāi)一小孔,小孔可看做黑體,由小孔的熱輻射特性,就可以確定爐內(nèi)的溫度.如圖3所示,就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖像,則下列說(shuō)法正確的是,√,1,2,3,4,√,圖3,答案,解析,解析 一般材料的物體輻射能量的多少?zèng)Q定于物體的溫度(T)、輻射波的波長(zhǎng)、時(shí)間的長(zhǎng)短和發(fā)射的面積,而黑體是指在任何溫度下,能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不反射的物體,黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān). 實(shí)驗(yàn)表明,隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng).從題圖中可以看出,λ1T2,本題正確選項(xiàng)為A、D.,1,2,

12、3,4,2.(對(duì)熱輻射規(guī)律的理解)“非典”期間,很多地方用紅外線(xiàn)熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫,只要被測(cè)者從儀器前走過(guò),便可知道他的體溫是多少,關(guān)于其中原理,下列說(shuō)法正確的是 A.人的體溫會(huì)影響周?chē)諝鉁囟龋瑑x器通過(guò)測(cè)量空氣溫度便可知道人的 體溫 B.儀器發(fā)出的紅外線(xiàn)遇人反射,反射情況與被測(cè)者的溫度有關(guān) C.被測(cè)者會(huì)輻射紅外線(xiàn),輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān), 溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較短波長(zhǎng)的成分強(qiáng) D.被測(cè)者會(huì)輻射紅外線(xiàn),輻射強(qiáng)度以及按波長(zhǎng)的分布情況與溫度有關(guān), 溫度高時(shí)輻射強(qiáng)且較長(zhǎng)波長(zhǎng)的成分強(qiáng),√,1,2,3,4,答案,解析,解析 根據(jù)輻射規(guī)律可知,隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加;隨

13、著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng). 人的體溫的高低,直接決定了這個(gè)人輻射的紅外線(xiàn)的頻率和強(qiáng)度,通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線(xiàn)的情況就可知道這個(gè)人的體溫,C正確.,1,2,3,4,3.(對(duì)能量子的理解)(多選)關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí),下列說(shuō)法正確的是 A.振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值ε B.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍 C.能量子與電磁波的頻率成正比 D.這一假說(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾,因而是錯(cuò)誤的,1,2,3,4,解析 由普朗克能量子假說(shuō)可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍,A錯(cuò)誤,B正確; 最小能量值ε=hν,C正確.,答案,解析,√,√,4.(能量量子化的理解)硅光電池是將光輻射的能量轉(zhuǎn)化為電能.若有N個(gè)波長(zhǎng)為λ0的光子打在硅光電池極板上,這些光子的總能量為(h為普朗克常量,真空中光速為c),答案,解析,1,2,3,4,√,

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