4-1 量子概念的诞生-【创新设计】2019版同步课堂讲义物理（教科版选修3-5）

1　量子概念的诞生 [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．[来源:Z|xx|k.Com] 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＝6.626×10－34_J·s(一般h取6.63×10－34 J·s)． 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 [来源:Zxxk.Com] 问题1 问题2[来源:学科网] 问题3 [来源:学+科+网] 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． [来源:学*科*网] 图1 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1所示． 【例1】　 (多选)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2所示，就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(　　) 图2 A．T1>T2 B．T1<T2 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　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？[来源:学科网] 答案　 4.97×10－19 J　2.84×10－19 J 解析　根据公式ν＝和ε＝hν可知： 400 nm对应的能量子 ε1＝h J＝4.97×10－19 J. ＝6.63×10－34× 700 nm对应的能量子 ε2＝h J＝2.84×10－19 J.＝6.63×10－34× 借题发挥　(1)求解本题关键有两点：一是能根据已知条件求得每一个能量子的能量，另外必须明确激光器发射的能量是这些能量子能量的总和． (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】　(多选)对于带电微粒的辐射和吸收