2018-2019版高中物理 第2章 波和粒子 2.1 撥開黑體輻射的疑云學(xué)案 滬科版選修3-5.docx
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2.1 撥開黑體輻射的疑云 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.了解熱輻射和黑體輻射的概念,了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.2.了解能量子的概念及其提出的科學(xué)過程.3.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn). 一、黑體與黑體輻射 [導(dǎo)學(xué)探究] 1.什么是熱輻射?這種輻射與溫度有何關(guān)系? 答案 物體在任何溫度下,都會(huì)發(fā)射電磁波,溫度不同,所發(fā)射的電磁波的頻率、強(qiáng)度也不同,這種現(xiàn)象叫做熱輻射. 輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況是:隨物體的溫度的升高,熱輻射中波長(zhǎng)較短的電磁波成分越來越強(qiáng). 2.什么是黑體輻射?它與熱輻射有什么不同? 答案 能夠完全吸收各種波長(zhǎng)的電磁波而不產(chǎn)生反射的物體,叫做黑體. 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān),而熱輻射還與其他因素有關(guān)(材料的種類和表面狀況). [知識(shí)梳理] 1.熱輻射 (1)定義:我們周圍的一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關(guān),所以叫熱輻射. (2)特點(diǎn):熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同. 2.黑體 (1)定義:某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就是絕對(duì)黑體,簡(jiǎn)稱黑體. (2)黑體輻射特點(diǎn):黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān). [即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤. (1)黑體一定是黑色的物體.( ) (2)能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體.( √ ) (3)只有高溫物體才能輻射電磁波.( ) (4)溫度越高,黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大.( √ ) 二、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 [導(dǎo)學(xué)探究] 1.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布如圖1所示,當(dāng)溫度從750K升高到6000K時(shí),各種波長(zhǎng)的電磁波的輻射強(qiáng)度怎么變化?輻射強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)如何變化? 圖1 答案 變強(qiáng).輻射強(qiáng)度極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),即變短. 2.你認(rèn)為現(xiàn)實(shí)生活中存在理想的黑體嗎? 答案 現(xiàn)實(shí)生活中不存在理想的黑體,實(shí)際的物體都能輻射紅外線(電磁波),也都能吸收和反射紅外線(電磁波),絕對(duì)黑體不存在,是理想化的模型. [知識(shí)梳理] 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1.隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加. 2.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向著波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng). [即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤. (1)黑體是一種客觀存在的物質(zhì).( ) (2)黑體輻射隨溫度升高強(qiáng)度變強(qiáng).( √ ) 三、能量子 [導(dǎo)學(xué)探究] 某激光器能發(fā)射波長(zhǎng)為λ的激光,那么激光光量子的能量可以取任意值嗎?是連續(xù)的還是一份一份的?設(shè)普朗克常量為h,那么每個(gè)激光光量子的能量是多少?如果激光發(fā)射功率為P,那么每秒鐘發(fā)射多少個(gè)光量子? 答案 光量子的能量是不連續(xù)的,而是一份一份的,每個(gè)光量子的能量E=hν,個(gè)數(shù)n==. [知識(shí)梳理] 能量子 1.定義:普朗克認(rèn)為,振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍,當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí),也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的,這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子. 2.能量子大?。害牛絟ν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量.h=6.62610-34Js(一般取h=6.6310-34Js). 3.能量的量子化:在微觀世界中能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是分立的. [即學(xué)即用] 1.判斷下列說法的正誤. (1)微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍.( √ ) (2)能量子的能量不是任意的,其大小與電磁波的頻率成正比.( √ ) 2.人眼對(duì)綠光較為敏感,正常人的眼睛接收到波長(zhǎng)為530nm的綠光時(shí),只要每秒鐘有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺.普朗克常量為6.6310-34 Js,真空中光速為3108m/s,則人眼能察覺到綠光時(shí)所接收到的最小功率是( ) A.2.310-18W B.3.810-19W C.7.010-10W D.1.210-18W 答案 A 解析 因只要每秒有6個(gè)綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺.所以察覺到綠光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,又ε=hν=h, 可解得P=W≈2.310-18W. 一、黑體輻射的規(guī)律 1.一般物體的輻射與黑體輻射的比較 熱輻射特點(diǎn) 吸收、反射特點(diǎn) 一般物體 輻射與溫度有關(guān),與表面狀況有關(guān),溫度越高,輻射電磁波波長(zhǎng)越短 既吸收、又反射,其能力與入射波長(zhǎng)有關(guān),吸收能力強(qiáng)、反射弱的較黑 黑體 輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān),與表面無關(guān) 不反射,完全吸收各種入射電磁波 特別提示 (1)熱輻射不一定需要高溫,任何物體任何溫度均存在熱輻射,只是溫度越高,輻射的能量越多,電磁波的短波成分越多. (2)并不是所有的發(fā)光都是熱輻射,如激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射. 2.隨著溫度的升高,黑體輻射的各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng). 例1 (多選)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖2所示,由圖可知( ) 圖2 A.隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 B.隨溫度降低,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加 C.隨溫度升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D.隨溫度降低,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 答案 ACD 解析 由題圖可知,隨溫度升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),當(dāng)溫度降低時(shí),上述變化都將反過來. 針對(duì)訓(xùn)練1 關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí),下列說法正確的是( ) A.黑體不僅能吸收電磁波,也能反射電磁波 B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān) C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類及表面狀況無關(guān) D.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體 答案 C 二、能量子的理解和計(jì)算 1.物體在發(fā)射或接收能量的時(shí)候,只能從某一狀態(tài)“飛躍”地過渡到另一狀態(tài),而不可能停留在不符合這些能量的任何一個(gè)中間狀態(tài). 2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為:物體的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時(shí)必須考慮能量量子化. 3.能量子的能量ε=hν,其中h是普朗克常量,ν是電磁波的頻率. 例2 (多選)對(duì)于帶電微粒的輻射和吸收能量時(shí)的特點(diǎn),以下說法正確的是( ) A.以某一個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收 B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數(shù)倍 C.吸收的能量可以是連續(xù)的 D.輻射和吸收的能量是量子化的 答案 ABD 解析 帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)是以最小能量值——能量子ε的整數(shù)倍或一份一份地輻射或吸收的,是不連續(xù)的,故選項(xiàng)A、B、D正確,C錯(cuò)誤. 針對(duì)訓(xùn)練2 “神光Ⅱ”裝置是高功率固體激光系統(tǒng),利用它可獲得能量為2400J、波長(zhǎng)λ為0.35μm的紫外激光,已知普朗克常量h=6.6310-34Js,真空中光速c=3.0 108m/s,則該紫外激光所含光子數(shù)為多少個(gè)?(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 答案 4.21021 解析 每個(gè)激光光子的能量為ε=h,該紫外激光中所含光子數(shù)為n==個(gè)≈4.21021個(gè). 1.思維程序:c=λν→光的頻率能量子的能量激光束的總能量E=nε→能量子的個(gè)數(shù) 2.解決此類題目的關(guān)鍵是熟練掌握ε=hν和c=λν及E=nε=Pt等公式. 1.(對(duì)黑體輻射規(guī)律的理解)(多選)在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔,小孔可看做黑體,由小孔的熱輻射特性,就可以確定爐內(nèi)的溫度.如圖3所示,就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長(zhǎng)的關(guān)系圖像,則下列說法正確的是( ) 圖3 A.T1>T2 B.T1- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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