17.1 能量量子化-2019-2020学年人教版物理选修3-5知识点突破

17.1 能量量子化 学习目标 1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。　 2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。　 3．理解能量子的概念，掌握计算能量子的方法。 重点：能量量子化。 难点：黑体辐射的规律。 知识点一、黑体与黑体辐射 1．热辐射现象 （1）定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。这种辐射与温度有关。 （2）特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 例如：铁块 温度↑ 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色，从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。 2．黑体 （1）除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。 （2）概念：能全部吸收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。 （3）研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 （4）黑体辐射的特征：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．对黑体的理解 （1）绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。 （2）黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。 【题1】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。 4．黑体辐射的实验规律 （1）黑体热辐射的强度与波长的关系：在一定温度下，黑体辐射的各种波长的电磁波强度是一定的，且各种波长的电磁波强度不同，有一种波长的电磁波强度最大；随着温度的升高，一方面，黑体辐射的各种 电磁波的辐射强度迅速增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 黑体辐射只与温度有关，而一般物体辐射还与材料种类和表面情况有关。 （2）解释黑体辐射的实验规律：在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。 【特别提醒】①热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。 ②黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。 ③黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体（如太阳、白炽灯灯丝）也被看作黑体来处理。 【题2】热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量。在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图。图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下 A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动 C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 【题3】下列叙述正确的是 A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 【题4】如图为T1、T2温度时黑体辐射强度与波长的关系，则下列选项正确的是 A．T1>T2 B．T1<T2 C．随温度升高，各种波长的辐射强度都减小 D．随温度升高，辐射强度的极大值向较短波长方向移动 【题5】（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知 A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加 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 5．一般物体与黑体的比较 热辐射特点 吸收、反射特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 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 黑体