1、11 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
2、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： h ，其中 是电磁波的频率， h是普朗克常量，数值h6.62610 34 _
3、Js(一般 h取 6.631034 Js)预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题 1问题 2问题 32一、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图 12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，
4、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 2A T1T2B T1T2，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3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 h 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
5、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 h ，其中 h是普朗克常量， 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 nm700 nm.求 400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？答案 4.9710 19 J 2.8410 19 J解析 根据公式 和 h 可知：c400 nm对应的能量子 1 h 6.6310 34 J4.9710 19 J.c 1 3.010840010 9700 nm对应的能量子 2 h 6.6310
6、34 J2.8410 19 J.c 2 3.010870010 9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4(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能量时的特点，以下说法正确的是( )A以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C吸收的能量可以是连续的D辐射和吸收的能量是量子化的答案 ABD解析 带电微粒的辐射和吸收能量时是以最小能量值能量子 的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的故选项 A、B、D 正确，C 选
7、项错.对黑体辐射规律的理解1(多选)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答案 ACD解析 根据热辐射定义知 A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体温度有关，B 错、C对；根据黑体定义知 D对2(多选)下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是( )A随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B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C黑体热辐射的强度与波长无关D黑体辐
8、射无任何规律答案 AB解析 黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动故 A、B 对能量子的理解及 h 的应用3硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有 N个波长为 0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为( h为普朗克常量)( )A h B Nh C Nh 0 D2 Nh 0c 0 c 05答案 B解析 一个光子的能量 h h ，则 N个光子的总能量 E Nh .选项 B正确c 0 c 04神光“”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为 2 400 J、波长 0.35 m 的紫外激光已知普朗克常量 h6.
9、6310 34 Js，则该紫外激光所含光子数为多少？答案 4.2310 21(个)解析 紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为 2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数紫外激光能量子的值为 0 J5.6810 19 J则该hc 6.6310 3431080.3510 6紫外激光所含光子数 n 4.2310 21(个).E 0 2 4005.6810 19(时间：60 分钟)题组一 黑体辐射的理解和应用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
10、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答案 C解析 黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故选项 A错误；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，故选项 B错误、选项 C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故选项 D错误2对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是( )A温度 B材料 C表面状况 D以上都正确答案 A解析 根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素，得其只与温度有关，A
11、对3能正确解释黑体辐射实验规律的是( )A能量的连续经典理论B普朗克提出的能量量子化理论C以上两种理论体系任何一种都能解释6D牛顿提出的微粒说答案 B解析 根据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，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，B 对4(多选)黑体辐射的实验规律如图 1所示，由图可知( )图 1A随温度升高，各种波长的辐射强度都增大B随温度降低，各种波长的辐射强度都增大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答案 ACD解析 由题图可
12、知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来5(多选)2006 年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是( )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黑体的热辐射实质上是电磁辐射D普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案 ACD解析 根据热辐射的定义，A 正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温
13、度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故 C、D 正确题组二 能量子的理解及 h 的应用6红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( )A红光 B橙光 C黄光 D绿光7答案 A解析 在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量 h 可知红光光子能量最小7已知某种单色光的波长为 ，在真空中光速为 c，普朗克常量为 h，则电磁波辐射的能量子 的值为( )A h B.c hC. D以上均不正确ch答案 A8某激光器能发射波长为 的激光
14、，发射功率为 P， c表示光速， h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为( )A. B. C. D Phc Phc hP c cPh答案 A解析 每个光量子的能量 h ，每秒钟发射的总能量为 P，则 n .hc P Phc题组三 综合应用9对应于 3.41019 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？( h6.6310 34 Js)答案 5.1310 14 Hz 5.8510 7 m解析 根据公式 h 和 得c Hz5.1310 14 Hz，h 3.410 196.6310 34 m5.8510 7 m.c hc 6.6310 3431083.410 1910人眼对绿光较为敏感，正
15、常人的眼睛接收到波长为 530 nm的绿光时，只要每秒钟有 6个光量子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常数为 6.631034 Js，光速为 3108 m/s.人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率为多少？答案 2.310 18 W解析 先根据 h h 算出每个光量子的能量，每秒需要接收到 6个这样的光量子，c故接收到这 6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率又因每秒有 6个绿光的光能量子射入瞳孔，所以，觉察到绿光所需要接收到的最小功率 P ，式中 E6 ，又Et8 h h ，代入数据得 P2.310 18 W.c11小灯泡的功率 P1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长 10 6 m，求在距离 d1.010 4 m处，每秒钟落在垂直于光线方向、面积为 1 cm2的球面上的光子数是多少？( h6.6310 34 Js)答案 3.9810 5个解析 每秒钟小灯泡发出的能量为 E Pt1 J1个光子的能量： h J1.98910 19 Jhc 6.6310 34310810 6小灯泡每秒钟辐射的光子数：n 510 18(个)E 11.98910 19距离小灯泡 d的球面面积为：S4 d24(1.010 4)2 m21.25610 9 m21.25610 13 cm2每秒钟射到 1 cm2的球面上的光子数为：N 3.9810 5(个).nS 510181.2561013
