第五讲 能量量子化 导学案 高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第五讲 能量量子化
一．黑体辐射
1.热辐射：一切物体都会向外辐射电磁波，温度越高，辐射越强，所以称为热辐射。一般物体不仅会辐射电磁波，也会反射传播过来的电磁波。
2.黑体与黑色物体
（1）黑色的物体指的是能够全部吸收可见光的物体，是生活概念；
（2）黑体是能够吸收入射的所有频率的电磁辐射而不发生反射的理想物体，是科学概念。
（3）一般材料的物体辐射电磁波，除与温度有关之外，还与材料种类及表面状况有关；黑体辐射电磁波，只与黑体的温度有关。黑体辐射的规律最简单。
（4）黑体是一个理想模型，实际中的黑体是不存在的。
3.黑体辐射实验规律
（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，各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
4.黑体辐射实验规律的理论解释
（1）维恩公式：短波部分与实验相符，长波部分与实验存在明显的差异。
（2）瑞利-金斯公式：长波部分与实验相符，短波部分偏差较大。人们称为“紫外灾难”。
（3）普朗克能量子假说：黑体辐射能量是如同发射粒子一样按份额辐射的。
二．能量量子化
1.量子化：是指不连续的情况，例如机枪打出的子弹。
2.普朗克能量子假说：带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，能量的辐射、吸收要一份份地进行。
3.能量子的能量关系式：，为电磁波的频率，为普朗克常量，；
4.频率与波长的关系：，为波长，为真空中的光速；
4.意义：能量子概念的引入，打破了经典物理学中物质运动能量连续性的观点。
例1.（多选）对于带电微粒在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
例2.下列关于电磁波和能量量子化的说法正确的是（ ）
A.能量子的频率越高，其能量越大
B.法拉第最先预言了电磁波的存在
C.微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、射线的波长顺序由短到长
D.从距离地面340 km的天宫一号空间站发送信号到地面接收站，至少需要约1×103s
注意：
（1）麦克斯韦建立了电磁场理论，并且最早预言了电磁波的存在；
（2）赫兹是最早用实验证实电磁波存在的科学家。
例3.关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是（ ）
A.温度高的物体向外辐射电磁波，温度低的物体只吸收不辐射电磁波
B.爱因斯坦为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”
C.黑体辐射电磁波辐射强度按波长的分布情况只与温度有关
D.常温下我们看到物体是因为物体在不断辐射电磁波
例4.下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射规律的是（ ）
例5.一盏电灯发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均波长=6.0×10-7m，已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，则在距电灯r = 10m远处，以电灯为球心的球面上，1m 的面积每秒通过的能量子数约为（ ）
A.2×1017个 B.2×1016个 C.2×1015个 D.2×1023个
例6.“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率激光系统，利用它可获得能量E=2400J、波长=0.35m的紫外激光。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少 （结果保留三位有效数字）