2017-2018学年高中物理选修3-5文档：第17章 1 能量量子化 含解析 精品

1 能量量子化

[学习目标] 1.了解热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律.2.了解能量子的概念及其提出的科学过程.3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．

一、黑体与黑体辐射

[导学探究] 1.什么是热辐射？这种辐射与物体的温度有何关系？与材料种类及表面状况有关吗？

答案 (1)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)辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分越来越强． (3)有关．

2．什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？

答案 (1)能够完全吸收各种波长的电磁波的物体，叫做黑体．

(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关．而热辐射还与其他因素有关(材料的种类和表面状况)． [知识梳理] 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：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．

[即学即用] 判断下列说法的正误． (1)黑体一定是黑色的物体．( × )

(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．( √ ) (3)只有高温物体才能辐射电磁波．( × ) (4)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．( √ ) 二、黑体辐射的实验规律

[导学探究] 1.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图1所示，当温度从1300 K升高到1700 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变？辐射强度极大值对应的波长如何变化？

图1

答案 变强．辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短． 2．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． [知识梳理] 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． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)黑体是一种客观存在的物质．( × ) (2)黑体辐射随温度升高强度变强．( √ ) 三、能量子

[导学探究] 某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h，那么每个激光光量子的能量是多少？如激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个光量子？

cPPλ

答案 光量子的能量不是连续的，而是一份一份的，E＝h.个数n＝＝. λEhc[知识梳理] 能量子

1．定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．

2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10般取h＝6.63×10

－34

－34

J·s(一

J·s)．

3．能量的量子化：在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的． [即学即用] 判断下列说法的正误．

(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍．( √ )

(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．( √ )

一、黑体辐射的规律 1．一般物体与黑体的比较

一般 物体 黑体

2.随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．

例1 (多选)黑体辐射的实验规律如图2所示，由图可知( )

热辐射特点 辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 吸收、反射特点 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关 完全吸收各种入射电磁波，不反射

图2

A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加

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 答案 ACD

解析 由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，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． 针对训练 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 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

二、能量子的理解和计算

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 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个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( ) A．2.3×10C．7.0×10答案 A

解析 因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．所以察觉到绿光所接收的最6×6.63×1034×3×108Ec－小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W≈2.3×10－9tλ530×10

－

－18

－34

J·s，光速为3.0×108 m/s，

W B．3.8×10

－19

W W

－10

W D．1.2×10

－18

18

W.

例3 (多选)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 带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε的整数倍或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错误．