2019-2020年高中物理第6章相对论与量子论初步第2节量子世界教学案鲁科版必修2

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1、2019-2020年高中物理第6章相对论与量子论初步第2节量子世界教学案鲁科版必修21．黑体模型：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。2．物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，即E＝nε，ε＝hν。3．光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出粒子性，实质为不连续性，而在另一条件下，又突出地表现出波动性。4．物质波(概率波)：静止的质量不为零的物质(如电子)，具有波的性质。一、“紫外灾难”1．黑体黑体是一个理想模型，即一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。2．紫外灾难人们发现黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长λ

2、(μm)、温度T(K)之间关系的实验曲线，该实验曲线与从经典物理理论导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”。二、不连续的能量1．普朗克的量子假说认为物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍。E＝nε，n＝1,2,3…2．辐射是由一份份的能量组成的，辐射中的一份能量就是一个量子，量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝hν＝h。公式中的h是普朗克常数，数值为6.626176×10－34J·s，这是普朗克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。三、物质的波粒二象性1．光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光

3、的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的波粒二象性。2．德布罗意进一步提出物质波理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又叫概率波。戴维孙、革末及汤姆孙的电子衍射实验证实了物质波的存在。3．光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。粒子性或量子性的本质在于不连续性；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波。1．自主思考——判一判(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦。(×)(2)黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关。(√)(3)一个量子就是组成物质的最小微粒，如原子、分子。(×

4、)(4)个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性。(√)(5)光具有波粒二象性说明有的光是波，有的光是粒子。(×)(6)辐射的能量是一份一份的，因此物体的动能也是一份一份的。(×)2．合作探究——议一议(1)你觉得夏天穿什么颜色的衣服最热？为什么？提示：夏天穿黑色衣服比穿浅色衣服感觉要热得多，因为黑色衣服吸收热辐射的能量多，反射热辐射的能量少，因而感觉要热得多。(2)按照量子理论，对应于3.4×10－19J能量的量子，其电磁辐射的频率约是多少？提示：根据公式ε＝hν得，ν＝＝Hz≈5.13×1014Hz。(3)宏观物体与微观粒子行为的差异有哪些？二者遵循的运动规律分别是什么？

5、提示：宏观物体具有粒子性，遵循经典力学规律；微观粒子同时具有粒子性和波动性，即在微观世界，粒子具有波粒二象性。它们的运动规律无法用经典力学来说明，能够正确描述微观粒子运动规律的基本“武器”是相对论和量子力学。黑体辐射的理解1．黑体模型的理解黑体只是一种理想模型，但如果做一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，该空腔就可以模拟黑体，如图621所示。这是因为从外面射来的辐射，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，才可能有机会射出小孔。在多次反射过程中，外面射来的辐射几乎全部被腔壁吸收。图6212．黑体辐射实验规律的解释(1)维恩公式解释：1896年，德国物理学家维恩从热力学理论出发，得到了一个

6、公式，但它只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验存在明显的差异(如图622所示)。(2)瑞利公式解释：1900年，英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果如图622所示，在长波部分与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外区域，当波长趋于零时，辐射本领将趋于无穷大，显然这是荒谬的，这种情况被人们称为“紫外灾难”。图6221．黑体辐射的“紫外灾难”是指(　　)A．紫色的自然灾害B．实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故称为黑体辐射的“紫外灾难”C．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部是紫外线D．黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部是紫色解析：

7、选B　实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，随着波长变短，即向紫外区延伸时，计算的结果与实验曲线严重不符，该结果出现在紫外区，称其为黑体辐射的“紫外灾难”。2．阅读如下资料并回答问题。自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，故称为热辐射。热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体温度越高，单位时间内物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所