高中物理 第2章 波和粒子 2.1 拨开黑体辐射的疑云学案 沪科版选修3-5.doc

2．1 拨开黑体辐射的疑云

[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？这种辐射与温度有何关系？

答案 ①物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射．

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．

2．什么是黑体辐射？黑体辐射与温度有何关系？

答案 ①能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体，叫做绝对黑体，简称黑体． ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关． [知识梳理] 1．热辐射

定义：物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射． 2．黑体

定义：能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体也称之为绝对黑体． [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750 K升高到6000 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变化？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？如果激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个光量子？

答案 光量子的能量是不连续的，而是一份一份的，每个光量子的能量E＝hν，个数n＝＝PEP. hν[知识梳理] 能量子

(1)定义：黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一最小能量值hν的整数倍，即E＝nhν(n＝1,2，

3，…)．这样的一份最小能量hν叫做能量子，ν是振子的频率，h叫做普朗克常量． (2)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． [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

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( )

图2

A．各种波长的辐射本领都有增加 B．只有波长短的辐射本领增加

C．辐射本领的最大值向波长较短的方向移动 D．辐射电磁波的波长先增大后减小 答案 AC

解析 根据黑体辐射的实验规律和辐射本领与波长的关系可判断A、C正确． 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6.63×10m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( ) A．2.3×10

－18

－34

J·s，光速为3.0×10

8

W B．3.8×10

－19

W

C．7.0×10答案 A

－10

W D．1.2×10

－18

W

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

－348

Ec6×6.63×10×3×10

小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝ W≈2.3×10－9

tλ530×10－18

W.

这类习题的数量级较大，注意运算当中提高计算准确率．

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.

1.

图3

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3所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，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长方向移动 答案 A

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