高中物理 171 能量量子化学案 新人教版选修3.docx

1、高中物理 171 能量量子化学案 新人教版选修3【新步步高】2015-2016学年高中物理 17.1 能量量子化学案 新人教版选修3-5 1 能量量子化 目标定位 1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律.2.知道普朗克提出的能量子假说 一、黑体与黑体辐射 1热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，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：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑

2、体的温度有关 想一想 在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？ 答案 在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关 二、黑体辐射的实验规律 1随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 2随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动 想一想 你认为现实生活中存在理想的黑体吗？ 答案 现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型 三、能量子 1定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收

3、能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值 叫做能量子 2大小： h，其中是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h6.6261034_Js(一般h取6.631034 Js) 1 一、对黑体辐射规律的理解 1一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 2黑体是指只吸收而不反射外界射来的电磁波的物体，由于黑体只进行热辐射，所以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 3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如图1711所示 图1711 例1 图1712

4、 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如图1712所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是( ) AT1>T2 BT1<T2 C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方向移动 答案 AD 2 解析 一般材料的物体辐射能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

5、较短的方向移动从图中可以看出，1<2，T1>T2，本题正确选项为A、D. 借题发挥 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，辐射本领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 针对训练1 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是 ( ) 答案 A 解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，B、 C、D错误 二、能量子的理解和h的应用 1物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态 2在宏

6、观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化 3能量子的能量h，其中h是普朗克常量，是电磁波的频率 例2 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？ 答案 4.971019 J 2.841019 J 解析 根据公式h可知： c 3 400 nm对应的能量子1h6.63101 4.971019c343.0109400108 J. 700 nm对应的能量子2h6.63102 2.841019c343.0109700108 J. 借题发挥

7、 (1)求解本题的关键是根据已知条件求每一个能量子的能量 (2)这类习题数量级比较大，注意运算当中提高运算准确率 例3 对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( ) A以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C吸收的能量可以是连续的 D辐射和吸收的能量是量子化的 答案 ABD 解析 带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值能量子 收的，是不连续的故选项A、B、D正确，C选项错 对黑体辐射规律的理解 1下列叙述正确的是( ) A一切物体都在辐射电磁波 B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

8、 D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 答案 ACD 解析 根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B错、C对；根据黑体定义知D对 2下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是( ) A随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加 4 的整数倍一份一份地辐射或吸 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 答案 AB 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

9、对 能量子的理解及h的应用 3二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1.4101.610m，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h6.610真空中的光速c3.010 m/s.结果取两位有效数字) 答案 1.9102.110 Hz 1.310 解析 由c得. 则求得频率范围为1.9102.110 Hz. 又由h得能量范围为1.31022111111112283433 Js，1.41022 J c1.41022 J. 4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2 400 J、波长0.35 m的紫外激光已知普朗克常量h6.631

10、0 答案 4.2310(个) 解析 紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数 hc6.6310343108 19紫外激光能量子的值为05.6810 J则该紫外激光所含光子数60.35102134 Js，则该紫外激光所含光子数为多少？ n 2 40021194.2310(个) 05.6810E (时间：60分钟) 题组一 黑体辐射的理解和应用 5 1关于对黑体的认识，下列说法正确的是( ) A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关

11、C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 答案 C 解析 黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项A错误；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，故选项B错误、选项C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项D错误 2对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( ) A温度 B材料 C表面状况 D以上都正确 答案 A 解析 根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素，得其只与温度有关，A对 3能

12、正确解释黑体辐射实验规律的是( ) A能量的连续经典理论 B普朗克提出的能量量子化理论 C以上两种理论体系任何一种都能解释 D牛顿提出的微粒说 答案 B 解析 根据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，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，B对 4. 6 图1713 黑体辐射的实验规律如图1713所示，由图可知( ) A随温度升高，各种波长的辐射强度都增大 B随温度降低，各种波长的辐射强度都增大 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 答

13、案 ACD 解析 由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来 520XX年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( ) A一切物体都在辐射电磁波 B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C黑体的热辐射实质上是电磁辐射 D普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说 答案 ACD 解析 根据热辐射的定义，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一

14、般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故C、D正确 题组二 能量子的理解及h的应用 6普朗克常量是自然界的一种基本常数，它的数值是( ) A6.021023 mol B6.62510 mols Js D1.3810163C6.6261034 mols 7 答案 C 解析 普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.62610 意它的单位和数量级 7已知某种单色光的波长为，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁

15、波辐射的能量子的值为( ) Ah B. C.34 Js，在记忆时关键要注chc以上均不正确 h 答案 A 8某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( ) PhPcPA.Phc hcch 答案 A hcPP解析 每个光量子的能量h，每秒钟发射的总能量为P，则nhc 题组三 综合应用 9对应于3.410 1419 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？(h6.6310734 Js) 答案 5.1310 Hz 5.8510 m 解析 根据公式h和得 3.410145.1310 Hz， h6.6310 19cchc6.631034310

16、83.410195.8510 m. 7 10人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常数为6.6310 时所接收到的最小功率为多少？ 答案 2.3101834 Js，光速为310 m/s.人眼能察觉到绿光8 W 解析 先根据0hh算出每个光量子的能量，每秒需要接收到6个这样的光量子，故接收到 这6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率又因每秒有6个绿光的光量子射入瞳孔，所以，觉察到绿光所需要接收到的最小功率PE60，又0h，代入数据得Pt 2.310 18cEc W. 8 11小灯泡的功率P1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长10 m，求在距离d1.010 m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为1 cm的球面上的光子数是多少？(h6.631023464 Js) 答案 3.98105个 解析 每秒钟小灯泡发出的能量为EPt1 J 1个光子的能量： hhc6.6310343108 19 106 J1.98910 J 小灯泡每秒钟辐射的光子数： nE118 1.9891019(个) 距离小灯泡d的球面面积为： S4d24(1.0104)2 m21.256109 m21.2561013 cm2 每秒钟射到1 cm2的球面上的光子数为： Nn51018 5 S1.25610(个) 9