人教版高二物理选修3-5 17．1 能量量子化课件（共33张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高二物理选修3-5 17．1 能量量子化课件（共33张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 23.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-12 07:26:47 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
第一节 能量量子化
1．热辐射
(1)定义：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)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
一、黑体与黑体辐射（量子力学的萌芽）
2．黑体
(1)定义：如果某种物体在任何温度下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)黑体辐射的特征：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)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
（4）一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
一般
物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
特别提醒：
(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。
(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。
(3)黑体看上去不是一定是黑的，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，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。
二、黑体辐射的实验规律
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，如图所示。
(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。
1、黑体辐射的实验规律
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据黑体辐射与温度有关
2、理论解释黑体辐射的历史过程
（1）维恩:德国物理学家1896年提出了辐射强度按波长分布的理论公式，维恩公式在短波与实验非常接近，在长波去则与实验偏离较大
（2）瑞利：英国物理学家1900年提出了辐射强度按波长分布的理论公式。瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于0时，辐射强度竟变成无穷大，这是荒谬的，当时被称为“紫外灾难”
（3）普朗克
1．定义
普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，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的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
2．能量子大小
物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍， ε＝hν称为一个能量量子，
（1）其中ν是电磁波的频率，
（2）h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
Epsilon是希腊语第五个字母艾普西隆的小写，写作?或ε
ε 伊普西隆
3．能量的量子化
在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
4、量子化假设的意义：普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就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为普朗克常量。这些能量子后来被称为光子。
四、爱因斯坦的光子
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
C
类型一
解题指导：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。
解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，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，B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。
【答案】AC 解析：由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动．由上分析可知，A、C正确，B、D错误．
3、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于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 ( )
D
解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故AC错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确。
类型二
2、人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m /s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是 ( )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
A
A
C
7、太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接受的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%.
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接受太阳光的总功率．
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳垂直，接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积，则地球接收阳光的总功率为p地＝p·πr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW＝1.8×1014kW.
答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014 kW
反思领悟：解答此题需要一些空间想象力，通过分析物理情景，构思出解题所需要的两种模型——球面和圆面，是解答此题的关键．
第一节 能量量子化
1．热辐射
(1)定义：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)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
一、黑体与黑体辐射（量子力学的萌芽）
2．黑体
(1)定义：如果某种物体在任何温度下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)黑体辐射的特征：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)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
（4）一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
一般
物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关 既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射光波长等因素有关
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 完全吸收各种入射电磁波，不反射
特别提醒：
(1)热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。
(2)黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。
(3)黑体看上去不是一定是黑的，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，例如：炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被看作黑体来处理。
二、黑体辐射的实验规律
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，如图所示。
(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。
1、黑体辐射的实验规律
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体温度，这是根据黑体辐射与温度有关
2、理论解释黑体辐射的历史过程
（1）维恩:德国物理学家1896年提出了辐射强度按波长分布的理论公式，维恩公式在短波与实验非常接近，在长波去则与实验偏离较大
（2）瑞利：英国物理学家1900年提出了辐射强度按波长分布的理论公式。瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于0时，辐射强度竟变成无穷大，这是荒谬的，当时被称为“紫外灾难”
（3）普朗克
1．定义
普朗克认为，带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，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的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
2．能量子大小
物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍， ε＝hν称为一个能量量子，
（1）其中ν是电磁波的频率，
（2）h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
Epsilon是希腊语第五个字母艾普西隆的小写，写作?或ε
ε 伊普西隆
3．能量的量子化
在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
三、能量子（普朗克能量子假说）——超越牛顿的发现
4、量子化假设的意义：普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征。
光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就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为普朗克常量。这些能量子后来被称为光子。
四、爱因斯坦的光子
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
C
类型一
解题指导：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。
解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，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，B错误，C正确；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。
【答案】AC 解析：由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大；同时最大辐射强度向左侧移动，即向波长较短的方向移动．由上分析可知，A、C正确，B、D错误．
3、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于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 ( )
D
解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越大，故AC错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确。
类型二
2、人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m /s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是 ( )
A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 W
C．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W
A
A
C
7、太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接受的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%.
(1)假如认为可见光的波长约为0.55 μm，日地间距离R＝1.5×1011m，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少？
(2)若已知地球的半径为6.4×106 m，估算地球接受太阳光的总功率．
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳垂直，接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆的平面的面积，则地球接收阳光的总功率为p地＝p·πr2＝1.4×3.14×(6.4×106)2 kW＝1.8×1014kW.
答案：(1)4.9×1044个 (2)1.8×1014 kW
反思领悟：解答此题需要一些空间想象力，通过分析物理情景，构思出解题所需要的两种模型——球面和圆面，是解答此题的关键．