5.能量量子化
课后篇巩固提升
1.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
解析影响黑体辐射电磁波的波长分布的因素是温度,故选项A正确。
答案A
2.(多选)以下宏观概念中,哪些是“量子化”的( )
A.物体的带电荷量 B.物体的质量
C.物体的动量 D.学生的个数
解析所谓“量子化”应该是不连续的,而是一份一份的,故选A、D。
答案AD
3.(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
解析根据热辐射定义知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度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关,B错误、C正确;根据黑体定义知D正确。
答案ACD
4.(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是( )
A.以某个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B.辐射或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
解析带电微粒辐射和吸收能量时是以最小能量值ε的整数倍一份一份地辐射或吸收,是不连续的。
答案ABD
5.一个氢原子从低能级跃迁到高能级,该氢原子( )
A.吸收光子,吸收光子的能量等于两能级之差
B.吸收光子,能量减少
C.放出光子,能量增加
D.放出光子,能量减少
解析氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较低能级向较高能级跃迁时吸收光子,能量增加,吸收光子的能量等于两能级之差,A正确,B、C、D错误。
答案A
6.影响黑体辐射强度的因素是( )
A.只有温度 B.只有波长
C.与波长和温度都有关 D.与波长和温度都无关
解析黑体辐射与波长和温度都有关系,故C正确。
答案C
7.能正确解释黑体辐射实验规律的是( )
A.能量是连续的经典理论
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
D.牛顿提出的能量微粒说
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在增加;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较满意的解释,故B正确。
答案B
8.(多选)下列说法正确的是( )
A.只有温度高的物体才会有热辐射
B.黑体只是从外界吸收能量,从不向外界辐射能量
C.黑体可以看起来很明亮,是因为黑体可以有较强的辐射
D.一般材料的物体,辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类和表面情况有关
解析任何物体在任何温度下都存在辐射,温度越高辐射的能量越多,A错误;能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体,黑体不反射电磁波,可以向外辐射电磁波,有些黑体有较强的辐射,看起来也可以很明亮,B错误、C正确;黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只依赖于物体的温度,与构成黑体的材料、形状无关,而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料的种类和表面情况有关,D正确。故选C、D。
答案CD
9.用红外线热像仪可以监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,你能说出这其中的原理吗?
解析根据辐射规律可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加;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。被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较短波长的成分强。人的体温的高低,直接决定了他辐射的红外线的频率和强度,通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温。
(共20张PPT)
5.能量量子化
必备知识
自我检测
一、热辐射
1.热辐射: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,所以叫热辐射。
2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当温度升高时,热辐射中波长较短的成分越来越强。
3.除了热辐射外,物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。
4.黑体:如果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,这种物体就叫作黑体。黑体虽然不反射电磁波,但是却可以向外辐射电磁波。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。
必备知识
自我检测
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。例如,可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
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:普朗克的假设认为,微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。
4.光子:光本身是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为ν的光的能量子为hν,h是普朗克常量,这些能量子叫光子。
必备知识
自我检测
三、能级
1.微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统,原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最稳定的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子。
2.原子由高能态向低能态跃迁时放出光子的能量,等于前后两个能级之差。由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
必备知识
自我检测
正误判断。
(1)红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线。 ( )
解析:任何物体都能辐射红外线。
答案:×
(2)黑体一定是黑色的。 ( )
解析:黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,不一定是黑色的物体。
答案:×
必备知识
自我检测
(3)热辐射只能产生于高温物体。 ( )
解析:一切物体都在辐射电磁波,温度越高,热辐射中波长较短的成分越强。
答案:×
(4)当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,会放出任意能量的光子。 ( )
解析:当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,放出光子的能量等于前后两个能级之差。
答案:×
探究一
探究二
探究三
随堂检测
对黑体和黑体辐射的理解
情景导引
煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,问它的温度是否一直在上升?
要点提示:不会,因为随着能量不断吸收,还伴随着能量的辐射,最终将趋于平衡。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。
2.黑体不一定是黑的,只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的;有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射,看起来还会很明亮,如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也有时被看作黑体来处理。
3.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。
4.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点
热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例1(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知( )
A.随温度升高,各种波长的辐射强度都增加
B.随温度降低,各种波长的辐射强度都增加
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
探究一
探究二
探究三
随堂检测
解析:由题图可知,随温度升高,各种波长的辐射强度都增加,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,故A、C、D对,B错误。
答案:ACD
探究一
探究二
探究三
随堂检测
能量子
情景导引
普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?
要点提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,即能量不是连续的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的。而研究微观粒子时,单个的能量子能量就显示出不连续性。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
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,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子公式: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,这种现象叫能量量子化。
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量子化。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例2光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700 nm,求400 nm、700 nm的电磁辐射的能量子的值是多少?
解析:根据公式c=λν和ε=hν,
答案:4.97×10-19 J 2.84×10-19 J
探究一
探究二
探究三
随堂检测
能级、能级跃迁
情景导引
玻尔认为,电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动,如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10 m,其他的轨道半径只能是2.12×10-10 m、4.77×10-10 m等,轨道半径不可能是介于这些值之间的中间值,经典物理学的观点是怎样的?
探究一
探究二
探究三
随堂检测
要点提示:根据经典理论,随着不断向外辐射能量,电子的能量减少,电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核,就像绕地球运动的人造地球卫星受到阻力作用不断损失能量后,要落到地面上的一样。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
知识归纳
1.能级:微观世界的能量取分立值的观念也适用于原子系统,原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。
2.原子处于能量最低的状态是最稳定的。
3.原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态,这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁。
4.原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差,原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。
5.由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
探究一
探究二
探究三
随堂检测
实例引导
例3一个氢原子从高能级跃迁到低能级,该氢原子 ( )
A.放出光子,能量增加
B.放出光子,能量减少
C.吸收光子,能量增加
D.吸收光子,能量减少
解析:氢原子能级越高对应的能量越大,当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子,能量减少,B正确,A、C、D错误。
答案:B
探究一
探究二
探究三
随堂检测
关于对热辐射的认识,下列说法正确的是( )
A.热的物体向外辐射电磁波,冷的物体只吸收电磁波
B.温度越高,物体辐射的电磁波越强
C.辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关,与材料种类及表面状况无关
D.常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析:一切物体都不停地向外辐射电磁波,且温度越高,辐射的电磁波越强,A错误、B正确;选项C是黑体辐射的特性,C错误;常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色,D错误。
答案:B
