6.2 量子世界 学案 (2)

第2节　量子世界
学案
学习目标
1．初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观物体的能量变化特点
2．初步了解普朗克量子假说的背景
3．初步了解爱因斯坦的光量子说的含义，了解光的微粒说与波动说之争，知道光具有波粒二象性
学法指导
1．认识科学问题的研究经历：提出问题一一猜想假设一一实践论证一一修改理论一一最终揭示自然规律的过程
2．学习中应认真体会辩论和质疑在科学研究中所起的积极作用
自主探究
基础知识：
1．“紫外灾难”
（1）热辐射：物体中的分子、原子在
下都会发射出各种波长的电磁波，这种现象称为热辐射。
（2）黑体：一个能
的物体，叫做黑体。黑体的辐射能力与黑体的辐射
和
有关。
2．不连续的能量
（1）普朗克的量子说：物质辐射或吸收的能量E只能是某一最小能量单位的
倍。即E=
（n=0，1，2，3，…）
（2）量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子。量子能量的大小取决于辐射的
，量子的能量与
成反比，与
成正比。即=
，式中的=，称为普朗克常数，它是微观现象量子特性的表征。
（3）在微观世界里，物体之间传递的相互作用是
的，物体的状态及其变化也是
。实际上量子化是微观世界的基本特征。
3．物质的波粒二象性
光具有波粒二象性。它在一定的条件下，突出地表现出微粒性，实质为
；而在一定条件下，又突出地表现为
。
实际上，光与静止质量不为零的物质都具有
。粒子性或量子性的本质在于
；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的
，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波模式。
例１
试计算：（1）波长为的可见光，其光子的能量为
；（2）波长为的x光（即伦琴射线），其光子的能量为
。
例2
阅读下文，按要求回答问题。
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射与温度有关，称为热辐射。热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体的温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。
处在一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量。如果它处在平衡状态，则能量保持不变，若不考虑物体表面物质对辐射的反射作用，我们定义一种理想的物体，它能100％吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体。单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即，其中常量。
在下面的问题中，把研究对象都简单地看做黑体。有关数据及数学公式为：太阳半径，太阳表面温度T=5770K，火星半径r=3395km，球体表面积（其中R为球半径）。
(1)每秒从太阳表面辐射的总能量为多少？
(2)火星受到自太阳的辐射可以认为垂直射到面积为
(r为火星半径)的圆盘上，已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星表面的平均温度。
基础过关
1．下列说法正确的是（
）
A．只有高温物体才会热辐射
B．低温物体不会向外辐射电磁波
C．只有黑体在任何温度下才都会向外辐射电磁波
D．热辐射是物体中的分子、原子受到激发而辐射出电磁波的现象
2．下列哪些物体可看作黑体？（
）
A．不辐射可见光的物体
B．没有任何电磁辐射的物体
C．不能反射可见光的物体
D．不能反射任何电磁辐射的物体
3．下列关于黑体和黑体辐射的说法，正确的是（
）
A．所谓黑体，就是黑色的物体
B．黑体是一个既不吸收热辐射也不反射热辐射的物体
C．黑体的辐射能力只与黑体辐射的电磁波波长和黑体的温度有关
D．实验表明，黑体辐射紫外线时辐射能力很强，会产生“紫外灾难”
4．下列关于波粒二象性的说法正确的是（
）
A．电子具有显著的粒子性，而且也具有波动性
B．有的光是波，有的光是粒子
C．只有光具有波动性，其他微小的粒子不可能有波动性
D．光子与电子是同样的一种粒子
答案：
1．（1）任何温度；（2）完全吸收热辐射而不反射热辐射
波长
温度；2．（1）整数
；（2）波长
波长
频率
；（3）量子化
量子化；3．不连续性
波动性
波粒二象性
不连续性
不确定性）
例１解析（1）该可见光的波长为
所以，该光子的能量为
（2）这种x光的波长为
故这种x光的能量为
例2解析（1）每秒从太阳表面辐射的总能量为
代入数据解得
（2）设火星表面温度为，太阳到火星的距离为d，火星单位时间内吸收到的太阳光的辐射能量为
而，所以
火星单位时间内向外辐射电磁波能量为
火星应处于热平衡状态，有
即
所以
基础过关
1D
2D
3C
4A