高中物理第十七章波粒二象性1能量量子化学案新人教版选修3_5

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1、1　能量量子化1．黑体与黑体辐射(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，所以叫做热辐射。②热辐射的特征：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当物体温度较低时(如室温)，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域)，不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分辐射强度越来越强，可见光所占比例增大，如燃烧的炭会发出醒目的红光。(2)黑体①定义：能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体称为绝对黑体，简称黑体。②理解：能全部吸收各种频率的电磁辐射；是理想模型，绝对

2、黑体实际上并不存在。③模型：不透明的材料制成带小孔的空腔，可近似看成黑体。(3)黑体辐射①定义：黑体的热辐射，称为黑体辐射。②黑体辐射特点：一般物体辐射的电磁波的情况除与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关，而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研究黑体辐射的意义：是研究热辐射的性质的基础。【例1】在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约为37℃，它发出的最强的热辐射的波长为λm。根据热辐射理论

3、，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλm＝2.90×10－3m·K。(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为(　　)A．7.8×10－5mB．9.4×10－6mC．1.16×10－4mD．9.7×10－8m(2)老鼠发出的最强的热辐射属于(　　)A．可见光波段B．紫外波段C．红外波段D．X射线波段解析：(1)老鼠的体温T＝(273＋37)K＝310K，由题设条件λm与T的近似关系式：Tλm＝2.90×10－3m·K，得λm＝m≈9.4×10－6m，B正确。(2)可见光的波长范围4.0×10－7m～7.0×10－7m，λm大于此范围上限

4、，所以属于红外线，C正确。也可根据老鼠的体温不高不能辐射可见光进行判断。答案：(1)B　(2)C2．黑体辐射的实验规律(1)黑体辐射的实验规律温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。随着温度的升高：①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。(2)黑体辐射的实验规律的理论解释①物体中存在大量不停运动的带电微粒，带电微粒的振动产生变化的电磁场，向外辐射电磁波。②维恩公式解释：1896年，德国物理学家维恩利用热学知识推导出一个公式，这个公式在短波区与实验非常接近，但在长波区与实验偏离很大。③瑞利公式解

5、释：1900年，英国物理学家瑞利从电磁学的知识出发推导出一个公式，这个公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，而且当波长趋于零时，辐射强度变成无穷大，这种情况被称为“紫外灾难”，如图所示。【例2】在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，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＞T2B．T1＜T2C．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解析：一般材料的物体辐射能多

6、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。从题图中可看出，λ1＜λ2，T1＞T2，本题正确选项为A、D。答案：AD3．普朗克能量量子化假说(1)能量子黑体的空腔壁是由大量振子(振动着的带电微粒)组成的，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如可能是ε或2ε、3ε……。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

7、一份地进行。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量(h＝6.26×10－34J·s)。(2)能量的量子化在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。【例3】某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187.5m的电磁波，试求：(1)该电台每秒钟从天线发射多少个电磁波能量子？(2)若发射的能量子四面八方视为均匀的，求在离天线2.5km处，直径为2m的环状天线每秒接收的光子个数以及接收功率？解析：此题告诉同学们，电磁波的传播或接收不是连续的，而是一份一份发送或接

8、收的，而每一份能量子的能量ε＝hν；其次，解决本题还要注意能量守恒观点在电磁波知识中的应用。(1)每个能量子的能量ε＝hν＝hc/λ＝(6.63×10－34×3×108/187.5)J＝1.06×10－27J。则每秒钟电台发射上述波长