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第十七章 波粒二象性,1 能量量子化,情 景 導 入,在莎士比亞的喜劇《威尼斯商人》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”的人。夏洛克貪的是金錢,“黑體”貪的是電磁波。那么到底什么是黑體?黑體輻射有什么特點?,思 維 導 圖,一,二,三,填一填,練一練,一、黑體與黑體輻射(見課本第27頁) 1.熱輻射:我們周圍的一切物體都在輻射電磁波。這種輻射與物體的溫度有關,所以叫作熱輻射。 2.黑體:某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就是絕對黑體,簡稱黑體。,,,,,,,一,二,三,填一填,練一練,二、黑體輻射的實驗規(guī)律(見課本第27頁) 1.一般材料的物體,輻射電磁波的情況,除與溫度有關外,還與材料的種類及表面狀況有關。 2.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,如圖所示。 (1)隨著溫度的升高,各種波長的輻射強度都增加。 (2)隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。,,,,,,,一,二,三,填一填,練一練,三、能量子(見課本第28頁) 1.定義:普朗克認為,振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍,當帶電微粒輻射或吸收能量時, 也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的,這個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是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h=6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。 3.能量的量子化 在微觀世界中能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是分立的。,,,,,,填一填,練一練,下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中,符合黑體輻射實驗規(guī)律的是( ),填一填,練一練,解析:黑體輻射規(guī)律:隨著溫度的升高,一方面各種波長的輻射強度都有增加,另一方面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。據此規(guī)律可知A圖正確。 答案:A,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一對黑體和黑體輻射的理解 很多地方用紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫,只要被測者從儀器前走過,便可知道他的體溫是多少,你知道其中的道理嗎?,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,對黑體和黑體輻射的理解 (1)對黑體的理解:絕對的黑體實際上是不存在的,但可以用某裝置近似地代替。如圖所示,如果在一個空腔壁上開一個小孔,那么射入小孔的電磁波在空腔內表面會發(fā)生多次反射和吸收,最終不能從空腔射出,這個小孔就成了一個絕對黑體。 (2)對黑體輻射的理解:任何物體都具有不斷輻射、吸收、反射電磁波的本領。輻射出去的電磁波在各個波段是不同的,也就是具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關,因而被稱為熱輻射。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,(3)一般物體與黑體的比較:,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,(4)對熱輻射的理解 ①在任何溫度下,任何物體都會發(fā)射電磁波,并且其輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同,這是熱輻射的一種特性。 在室溫下,大多數物體輻射的是不能引起視覺的波長較長的電磁波——紅外光;但當物體被加熱到500 ℃左右時,開始發(fā)出暗紅色的可見光。隨著溫度的不斷上升,輝光逐漸亮起來,而且熱輻射中較短波長的成分越來越多,即能引起視覺的電磁波越來越多,大約在1 500 ℃時變成明亮的白熾光。 這說明同一物體在一定溫度下所輻射的能量在不同光譜區(qū)域的分布是不均勻的,而且溫度越高光譜中與能量最大的輻射相對應的頻率也越高。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,②在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜成分有顯著的不同。例如,將鋼加熱到約800 ℃時,就可觀察到明亮的紅色光,但在同一溫度下,熔化的水晶卻不輻射可見光。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題1】對黑體的認識,下列說法正確的是( ) A.黑體只吸收電磁波,不反射電磁波,看上去是黑的 B.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與黑體的溫度有關外,還與材料的種類及表面狀況有關 C.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,與材料的種類及表面狀況無關 D.如果在一個空腔壁上開一個很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個空腔就成了一個黑體,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,解析:由于黑體自身輻射電磁波,所以看上去不一定是黑的,所以選項A錯誤;由于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,所以選項B錯誤,選項C正確;小孔只吸收電磁波,不反射電磁波,因此是小孔成了一個黑體,而不是空腔成了一個黑體,所以選項D錯誤。 答案:C,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,變式訓練 下列敘述正確的是( ) A.一切物體都在輻射電磁波 B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關 C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關 D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波 解析:根據熱輻射的定義知,選項A正確;根據熱輻射和黑體輻射的特點知,一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外,還與材料種類和表面狀況有關,而黑體輻射只與黑體的溫度有關,故選項B錯誤,選項C正確;根據黑體的定義知選項D正確。 答案:ACD,,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究二對能量子的認識 德國物理學家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究,于1900年推導出了普朗克公式。德國物理學家魯本斯把它與實驗數據進行了比較,發(fā)現與實驗結果“令人滿意地相符”。但所有推導都是建立在一個最重要的假設基礎之上,這個假設是什么呢?,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,1.普朗克的量子化假設 (1)能量子: 振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……當帶電微粒輻射或吸收能量時,也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 (2)能量子公式:ε=hν ν是電磁波的頻率,h是一個常量,后人稱之為普朗克常量,其值為 h=6.626×10-34 J·s。 (3)能量的量子化: 在微觀世界中能量不能連續(xù)變化,只能取分立值,這種現象叫作能量的量子化。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,2.量子化假設的實驗證實 普朗克公式與實驗結果比較,發(fā)現它與實驗結果“令人滿意地相符”。如圖所示,曲線是根據普朗克的公式作出的,小圓代表實驗值。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,3.普朗克的量子化假設的意義 (1)普朗克的能量子假設,使人類對微觀世界的本質有了全新的認識,對現代物理學的發(fā)展產生了革命性的影響。成為物理學發(fā)展史上一個重大轉折點。 (2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它體現了微觀世界的基本特征。,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,【例題2】神光Ⅱ裝置是我國規(guī)模最大、國際上為數不多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為0.35 μm的紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,則該紫外激光所含光子數為多少個?,,,探究一,探究二,問題導引,名師精講,典例剖析,1,2,3,4,5,1.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 解析:根據黑體輻射電磁波的波長分布的決定因素知,其只與溫度有關。 答案:A,,,1,2,3,4,5,2.普朗克常量是自然界的一個基本常數,它的數值是 ( ) 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 解析:普朗克常量是一個定值,由實驗測得它的精確數值為6.626×10-34 J·s,在記憶時關鍵要注意它的單位。 答案:C,,,1,2,3,4,5,3.關于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的有( ) A.隨著溫度的升高,各種波長的輻射強度都有增加 B.隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 C.黑體熱輻射的強度與波長無關 D.黑體輻射無任何實驗規(guī)律 解析:黑體輻射的強度與溫度有關,溫度越高,黑體輻射的強度越大,A項正確;隨著溫度的升高,黑體輻射的極大值向波長較短的方向移動,B項正確;黑體輻射的強度與波長有關,C項錯誤;黑體輻射有實驗規(guī)律,D項錯誤。 答案:AB,,,1,2,3,4,5,4.紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是( ) A.紅光 B.橙光 C.黃光 D.綠光 解析:根據愛因斯坦的光子說,光子的能量ε=hν,h為普朗克常量,說明光子的能量與光的頻率成正比,而四種單色光中,綠光的頻率最大,紅光的頻率最小,故光子能量最小的是紅光,A項正確。 答案:A,,,1,2,3,4,5,5. (選做題)以下關于輻射強度與波長的關系的說法中正確的是( ) A.物體在某一溫度下只能輻射某一固定波長的電磁波 B.當鐵塊呈現黑色時,說明它的溫度不太高 C.當鐵塊的溫度較高時會呈現赤紅色,說明此時輻射的電磁波中該顏色的光強度最強 D.早、晚時分太陽呈現紅色,而中午時分呈現白色,說明中午時分太陽溫度最高 解析:由輻射強度隨波長變化關系圖知:隨著溫度的升高各種波長的波的輻射強度都增加,而熱輻射不是僅輻射一種波長的電磁波。故正確選項為BC。 答案:BC,,,