高中物理 第17章 第1节 能量量子化课件 新人教版选修3-5.ppt

第十七章波粒二象性 第1节能量量子化 栏目链接 学习目标 1 了解黑体辐射 感悟以实验为基础的科学探究方法 2 了解能量子的概念及提出的科学过程 领会这一科学突破过程中科学家的思想 3 通过观察热辐射的强度与波长的关系图象培养学生观察能力 4 了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点 体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识 栏目链接 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 所以叫热辐射 2 特点 热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 2 黑体 1 定义 在热辐射的同时 物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波 如果一些物体能够完全吸收投射到其表面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 栏目链接 2 黑体辐射特点 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关 注 一般物体的热辐射除与温度有关外 还与材料的种类及表面状况有关 3 黑体辐射的实验规律 19世纪末 物理学家从实验和理论两方面都研究了各种温度下的黑体辐射 测量了它们的黑体辐射强度按波长分布的情况 得出图甲所示的实验曲线 栏目链接 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增加 另一方面 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 2 黑体辐射实验规律的理论解释 维恩公式解释 1896年 德国物理学家维恩 W K Wien 从热力学理论出发 得到了一个公式 但它只是在短波部分与实验相符 而在长波部分与实验存在明显的差异 如图乙所示 瑞利公式解释 1900年 英国物理学家瑞利 J Rayleigh 从经典电磁理论出发推导出一个公式 其预测结果如图乙所示 在长波部分与实验吻合 在短波部分偏差较大 尤其在紫外线一端 当波长趋于0时 辐射本领将趋于无穷大 这种情况被人们称为 紫外灾难 尝试应用1 多选 下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是 AB A 随着温度的升高 各种波长的辐射强度都有所增加B 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C 黑体热辐射的强度与波长无关D 黑体辐射无任何规律解析 黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加 同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 故A B对 栏目链接 1 能量子 1 能量子的定义 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的整数倍 例如 可能是 或2 3 当带电微粒辐射或吸收能量时 也就是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收时 这个不可再分的最小能量值 叫作能量子 2 能量子公式 h 是电磁波的频率 h是一个常量 后被称为普朗克常量 Planckconstant 其值为 3 能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化 只能取分立值 这种现象叫作能量的量子化 2 量子化假设的实验证实 普朗克公式与实验结果比较 发现它与实验结果 令人满意地相符 比较图线如下图所示 曲线是根据普朗克的公式作出的 小圆代表实验值 3 普朗克的量子化假设的意义 普朗克的能量子假设 使人类对微观世界的本质有了全新的认识 对现代物理学的发展产生了革命性的影响 普朗克常量h是自然界最基本的常量之一 它体现了微观世界的基本特征 尝试应用2 神光 装置是我国规模最大的高功率固体激光系统 利用它可获得能量为2400J 波长 0 35 m的紫外激光 已知普朗克常量J s 则该紫外激光所含光子数为多少 栏目链接 多选 黑体辐射的实验规律如图所示 由图可知 栏目链接 A 随温度升高 各种波长的辐射强度都有增加B 随温度降低 各种波长的辐射强度都有增加C 随温度升高 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D 随温度降低 辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 审题指导 本题考查的是读图的能力 由图可得出波长与辐射强度及温度之间的关系 解析 黑体辐射的强度与温度有关 温度越高 黑体辐射的强度越大 故A正确 B错误 随着温度的升高 黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 随温度降低 辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 故CD正确 答案 ACD 栏目链接 变式训练1 黑体辐射的实验规律如图所示 图中画出了三种温度下黑体辐射的强度与波长的关系 可见 一方面 随着温度的降低 各种波长的辐射强度都有 选填 增加 或 减少 另一方面 辐射强度的极大值向波长 选填 较长 或 较短 的方向移动 栏目链接 解析 由图可知 随温度的降低 相同波长的光辐射强度都会减小 同时最大辐射强度向右侧移动 即向波长较长的方向移动 答案 减少较长 二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射 这种长波辐射的波长范围约是m 相应的频率范围是 相应的光子能量的范围是 已知普朗克常量h 6 6 J s 真空中的光速c 3 0 m s 结果取两位有效数字 审题指导 电磁波在真空中传播的速度都相同 都等于光速c 由c 求出频率范围 光子能量 h