高中物理 第17章 第1節(jié) 能量量子化課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十七章波粒二象性 第1節(jié)能量量子化 欄目鏈接 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解黑體輻射 感悟以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)探究方法 2 了解能量子的概念及提出的科學(xué)過(guò)程 領(lǐng)會(huì)這一科學(xué)突破過(guò)程中科學(xué)家的思想 3 通過(guò)觀察熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖象培養(yǎng)學(xué)生觀察能力 4 了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn) 體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí) 欄目鏈接 1 熱輻射 1 定義 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(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溫度而有所不同 2 黑體 1 定義 在熱輻射的同時(shí) 物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來(lái)的電磁波 如果一些物體能夠完全吸收投射到其表面的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射 這種物體就是絕對(duì)黑體 簡(jiǎn)稱黑體 欄目鏈接 2 黑體輻射特點(diǎn) 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布與黑體的溫度有關(guān) 注 一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外 還與材料的種類及表面狀況有關(guān) 3 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 19世紀(jì)末 物理學(xué)家從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面都研究了各種溫度下的黑體輻射 測(cè)量了它們的黑體輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的情況 得出圖甲所示的實(shí)驗(yàn)曲線 欄目鏈接 1 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 隨著溫度的升高 一方面 各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 另一方面 輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) 2 黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的理論解釋 維恩公式解釋 1896年 德國(guó)物理學(xué)家維恩 W K Wien 從熱力學(xué)理論出發(fā) 得到了一個(gè)公式 但它只是在短波部分與實(shí)驗(yàn)相符 而在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)存在明顯的差異 如圖乙所示 瑞利公式解釋 1900年 英國(guó)物理學(xué)家瑞利 J Rayleigh 從經(jīng)典電磁理論出發(fā)推導(dǎo)出一個(gè)公式 其預(yù)測(cè)結(jié)果如圖乙所示 在長(zhǎng)波部分與實(shí)驗(yàn)吻合 在短波部分偏差較大 尤其在紫外線一端 當(dāng)波長(zhǎng)趨于0時(shí) 輻射本領(lǐng)將趨于無(wú)窮大 這種情況被人們稱為 紫外災(zāi)難 嘗試應(yīng)用1 多選 下列關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律敘述正確的是 AB A 隨著溫度的升高 各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有所增加B 隨著溫度的升高 輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)C 黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)D 黑體輻射無(wú)任何規(guī)律解析 黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 同時(shí)輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) 故A B對(duì) 欄目鏈接 1 能量子 1 能量子的定義 振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值 的整數(shù)倍 例如 可能是 或2 3 當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí) 也就是以這個(gè)最小能量為單位一份一份地輻射或吸收時(shí) 這個(gè)不可再分的最小能量值 叫作能量子 2 能量子公式 h 是電磁波的頻率 h是一個(gè)常量 后被稱為普朗克常量 Planckconstant 其值為 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(xiàn)象叫作能量的量子化 2 量子化假設(shè)的實(shí)驗(yàn)證實(shí) 普朗克公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較 發(fā)現(xiàn)它與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 令人滿意地相符 比較圖線如下圖所示 曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的 小圓代表實(shí)驗(yàn)值 3 普朗克的量子化假設(shè)的意義 普朗克的能量子假設(shè) 使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí) 對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響 普朗克常量h是自然界最基本的常量之一 它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 嘗試應(yīng)用2 神光 裝置是我國(guó)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2400J 波長(zhǎng) 0 35 m的紫外激光 已知普朗克常量J s 則該紫外激光所含光子數(shù)為多少 欄目鏈接 多選 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示 由圖可知 欄目鏈接 A 隨溫度升高 各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加B 隨溫度降低 各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加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) 審題指導(dǎo) 本題考查的是讀圖的能力 由圖可得出波長(zhǎng)與輻射強(qiáng)度及溫度之間的關(guān)系 解析 黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān) 溫度越高 黑體輻射的強(qiáng)度越大 故A正確 B錯(cuò)誤 隨著溫度的升高 黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) 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) 故CD正確 答案 ACD 欄目鏈接 變式訓(xùn)練1 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示 圖中畫出了三種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系 可見(jiàn) 一方面 隨著溫度的降低 各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有 選填 增加 或 減少 另一方面 輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng) 選填 較長(zhǎng) 或 較短 的方向移動(dòng) 欄目鏈接 解析 由圖可知 隨溫度的降低 相同波長(zhǎng)的光輻射強(qiáng)度都會(huì)減小 同時(shí)最大輻射強(qiáng)度向右側(cè)移動(dòng) 即向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 答案 減少較長(zhǎng) 二氧化碳能強(qiáng)烈吸收紅外長(zhǎng)波輻射 這種長(zhǎng)波輻射的波長(zhǎng)范圍約是m 相應(yīng)的頻率范圍是 相應(yīng)的光子能量的范圍是 已知普朗克常量h 6 6 J s 真空中的光速c 3 0 m s 結(jié)果取兩位有效數(shù)字 審題指導(dǎo) 電磁波在真空中傳播的速度都相同 都等于光速c 由c 求出頻率范圍 光子能量 h