河北省邢台市育才中学人教版高中物理选修3-5学案：17.1 能量量子化(1)

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：＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h＝6.626×10般h取6.63×10

－34

－34

__J·s(一

J·s)．

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17－1－1所示．

图17－1－1

例1

图17－1－2

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17－1－2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( ) A．T1>T2 B．T1

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

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较短的方向移动．从图中可以看出，λ1<λ2，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ε＝hν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ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν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 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？ 答案 4.97×10

－19

J 2.84×10

－19

J

解析 根据公式ν＝和ε＝hν可知：

λ

c400 nm对应的能量子ε1＝h＝6.63×10

λ1＝4.97×10

－19

c－34

3.0×10×－9 J 400×10

8

J.

700 nm对应的能量子ε2＝h＝6.63×10

λ2＝2.84×10

－19

c－34

3.0×10×－9 J 700×10

8

J.

借题发挥 (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ε的整数倍一份一份地辐射或吸收的，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 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