2.1　撥開黑體輻射的疑云 學(xué)習(xí)目標 重點難點 1．知道熱輻射、黑體和黑體輻射的概念。 2．記住黑體輻射的實驗規(guī)律。 3．會利用普朗克能量量子假說進行簡單計算和定性分析。 重點：普朗克能量量子化假說。 難點：黑體輻射的特點及規(guī)律。 一、第二朵“烏云”——“紫外災(zāi)難” 1．熱輻射現(xiàn)象：物體在任何溫度下都會發(fā)射電磁波，溫度不同，所發(fā)射電磁波的頻率、強度也不同。物體溫度較低時，熱輻射的波長主要落在紅外區(qū)域，當溫度升高時，輻射的可見光所占份額增大。 2．黑體：是指能夠完全吸收投射到其表面的電磁波而不發(fā)生反射的物體，又叫絕對黑體。 3．黑體輻射的實驗規(guī)律 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，如圖所示。 由圖可以看出： （1）隨著溫度的升高，黑體輻射各種波長電磁波的輻射本領(lǐng)都增大； （2）隨著溫度的升高，輻射本領(lǐng)的極大值向波長較短的方向移動。 4．紫外災(zāi)難 如圖所示，維恩公式只是在短波部分與實驗相符，而在長波部分與實驗相差很大；瑞利公式是在長波部分與實驗吻合，但短波部分偏差較大，尤其在紫外線一端，當波長趨于零時，輻射本領(lǐng)將趨于無窮大，顯然這是荒謬的。 預(yù)習(xí)交流1 在莎士比亞的喜劇《威尼斯的商人》中，高利貸者夏洛克對什么東西都貪得無厭，人們說他是個“黑心人”，夏洛克貪的是金錢。那么“黑體”貪的是什么呢？黑體一定是黑色的嗎？ 答案：“黑體”貪的是電磁波　黑體不一定是黑色的。 二、普朗克假設(shè)驅(qū)“烏云” 1．能量量子化假說：黑體的空腔壁是由大量振子組成的，其能量只能是某一最小能量值hν的整數(shù)倍。 2．能量子：黑體振子輻射或吸收的能量是不連續(xù)的，每一份最小能量hν叫能量子，其中ν是振子的頻率，h是普朗克常量，且h＝6.63×10－34 J·s。 預(yù)習(xí)交流2 用溫度計測量水的溫度時，我們觀察到溫度計的示數(shù)是連續(xù)變化的，而不是一段一段躍變的，這和能量量子化矛盾嗎？ 答案：不矛盾。能量量子的值很小，在宏觀世界里觀察不到量子效應(yīng)，可以認為能量是連續(xù)變化的，故溫度計示數(shù)連續(xù)變化。在微觀世界必須利用能量量子化理論。 一、“紫外災(zāi)難”的分析 下面是維恩公式和瑞利公式對照的表格。 維恩公式 瑞利公式 理論依據(jù) 經(jīng)典熱力學(xué)理論 經(jīng)典電磁理論 成功之處 在短波部分與實驗吻合 在長波部分與實驗吻合 不足之處 在長波部分誤差明顯 在短波部分誤差明顯 請你分析說明，維恩理論和瑞利理論為什么都不能很好地解釋黑體輻射的規(guī)律？ 答案：維恩和瑞利都是利用經(jīng)典理論得出的結(jié)論解釋黑體輻射，都認為能量是連續(xù)的，而黑體輻射能量是不連續(xù)的，是量子化的。 能正確解釋黑體輻射實驗規(guī)律的是（　?。?。 A．能量的連續(xù)經(jīng)典理論 B．普朗克提出的能量量子化理論 C．牛頓提出的能量微粒說 D．以上三種理論體系任何一種都能解釋 答案：B 解析：根據(jù)黑體輻射的實驗規(guī)律，隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射本領(lǐng)都增加；另一方面，輻射本領(lǐng)的極大值向波長較短的方向移動，只能用普朗克提出的能量量子化理論才能得到較滿意的解釋，故B正確。 1．維恩理論和瑞利理論都只能從一個側(cè)面解釋黑體輻射實驗規(guī)律，是因為他們都是用經(jīng)典的物理理論做指導(dǎo)的。 2．普朗克引入了“能量量子化”，吻合了微觀領(lǐng)域的能量輻射的特點，因而可以較好地解釋黑體輻射實驗規(guī)律。 二、普朗克量子公式的應(yīng)用 如果知道電磁波的波長，我們怎樣計算出它的能量量子值？ 答案：可以先用公式c＝λν求出電磁波的頻率ν＝，然后再利用E＝hν求電磁波的能量量子值。 神光“Ⅱ”裝置是我國規(guī)模最大的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2 400 J、波長λ＝0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少？ 答案：4.23×1021 個 解析：紫外線的波長已知，由此可求得紫外線能量子的值，再根據(jù)激光發(fā)射的總能量為2 400 J，即可求得紫外激光所含光子數(shù)。 紫外激光能量子的值為E0＝＝ J＝5.68×10－19 J 則該紫外激光所含光子數(shù) n＝＝＝4.23×1021 個。 1．光的顏色決定于光的頻率，要會根據(jù)光的頻率判斷光的顏色。 2．能把電磁波的波長、頻率跟能量子公式結(jié)合起來，即熟練掌握ε＝Pt＝nE、E＝hν、c＝λν（P為發(fā)射功率，t為發(fā)射時間，ε為總能量）。 1．對黑體輻射電磁波的波長分布的影響因素是（　?。?。 A．溫度　　　　　　　　　　B．材料 C．表面狀況 D．以上都正確 答案：A 解析：根據(jù)黑體輻射電磁波的波長分布的決定因素得，其只與溫度有關(guān)。 2．普朗克常量是自然界的一個基本常數(shù)，它的數(shù)值是（　?。? A．6.02×10－23 mol B．6.625×10－3 mol·s C．6.626×10－34 J·s D．1.38×10－16 mol·s 答案：C 解析：普朗克常量是一個定值，由實驗測得它的精確數(shù)值為6.626×10－34J·s，在記憶時關(guān)鍵要注意它的單位。 3．以下宏觀概念，哪些是“量子化”的（　?。? A．木棒的長度 B．物體的質(zhì)量 C．物體的動量 D．學(xué)生的個數(shù) 答案：D 解析：所謂“量子化”應(yīng)該是不連續(xù)的，一份一份的，故選項D正確。 4．單色光從真空射入玻璃時，它的（　?。?。 A．波長變長，速度變小，光量子能量變小 B．波長變短，速度變大，光量子能量變大 C．波長變長，速度變大，光量子能量不變 D．波長變短，速度變小，光量子能量不變 答案：D 解析：因為光的頻率不變，光量子的能量不變；再根據(jù)折射率n＝＝可知，光的速度變小，波長變短。 5．一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與________有關(guān)。 答案：材料的種類及表面狀況 解析：根據(jù)實驗得出結(jié)論，一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料和材料的表面狀況有關(guān)。 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375