17.1 能量量子化-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

17.1 能量量子化 【基础知识梳理】 一、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)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． 3．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有增加． (2)随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动． 【难点】 热辐射与黑体辐射 1．对黑体的理解 (1)黑体是一个理想化的物理模型． (2)如图1所示，如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，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． 图1 (3)黑体看上去不一定是黑的，有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔． 2．一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、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 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波，不反射 3．黑体辐射的实验规律 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值． (2)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，如图2所示． 图2 二、能量子 1．定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，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一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子． 2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)． 3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的． 【难点】 1．普朗克的量子化假设 (1)能量子 振动着的带电微粒的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一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子． (2)能量子公式：ε＝hν ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝6.626×10－34 J·s. (3)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，这种现象叫做能量的量子化． 2.对能量量子化的理解 (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． 【例题讲解】 一、单选题 1．关于黑体和黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体一定是黑色的 B．黑体可以反射电磁波 C．黑体辐射规律表明，电磁波的能量是不连续的 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的形状有关 2．如图所示为黑体辐射的规律，由此图象得到下列结论正确的是（　　） A．随着温度的降低，各种波长的辐射强度都增大 B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 C．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 D．黑体热辐射的强度与波长无关 3．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　） A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2 B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动 C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大 D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关 4．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后形成a、b两束单色光，下列说法正确的是（　　） A．a光的折射率较大 B．在三棱镜中a光的速度较小 C．在三棱镜中a光的波长较长 D．a光的光子能量较大 5．有人设想在进行宇宙探测时，给探测器安上反射率极高（可认为100%）的薄膜，并让它