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13.5 能量量子化
预习案
预习目标
1.了解什么是热辐射及热辐射的特性.
2了解黑体与黑体辐射．
3.了解黑体辐射的实验规律.
4.了解黑体辐射的强度与波长的关系．
预习内容
预习教材124~129页，思考下列问题：
1. 一般物体与黑体有什么不同？
2. 能量子假说A有什么意义？
预习检测
1. 我们周围的一切物体都在辐射_________．这种辐射与物体的_______有关，所以叫作热辐射．物体热辐射中随温度的升高，辐射的____________的电磁波的成分越来越强。
某种物体能够______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____________，简称______。
振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的________．即能的辐射或者吸收只能是__________．这个不可再分的最小能量值ε叫作________。
2. 下列说法正确的是（　　）
A．普朗克首先把能量子引入了物理学，打破了“能量连续变化”的传统观念
B．用同一回旋加速器分别加速两种同位素，交流电源的频率相同
C．在α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强
D．两碰碰车碰撞过程中，它们所受撞击力的冲量相同
3. 以下宏观概念中，哪些是“量子化”的（　　）
A．物体的质量
B．物体的动量
C．导体中的电流
D．东北虎的个数
4. 下列各种说法中错误的是（　　）
A．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短
C．在光的单缝衍射实验中，狭缝越窄，光子动量的不确定量越大
D．任何一个运动物体都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波
探究案
学习目标
1.了解什么是热辐射及热辐射的特性.
2.了解黑体与黑体辐射．
3.了解黑体辐射的实验规律.
4.了解黑体辐射的强度与波长的关系．
课堂探究
考点：
一、热辐射
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” (开尔文)
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”
这两朵乌云是指什么呢？
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。
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，所以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。
黑体：如果某物体能够完全吸收入射各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体
研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
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．
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
黑体辐射实验规律
实验结论:
1.温度越高,辐射强度越大
2.与最大辐射强度对应的波长向短波方向移动
普朗克的量子化假设的意义
(1)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．成为物理学发展史上一个重大转折点．
(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征．
二、能量子
1：能量子
不可再分的最小能量值ε叫做能量子
ε=hν
h=6.626×10-34J.s
2：量子数
能量只能是最小能量值ε的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n为正整数，称为量子数
3：能量
黑体辐射理论解释
两种理论:
维恩公式: 短波适合;长波不符合
瑞利公式: 长波适合;短波荒唐
紫外灾难
普朗克理论 :
在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。能量是h 的整数倍。
最小能量为: ε=h
是波的频率
年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，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。这些能量子后来被叫作光子.
三、能级
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（energy level）。
原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，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.
典例精析
(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
变式训练
(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．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关
D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
随堂检测
1．. (多选)以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是(　　)
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
2．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν＝kU。已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为(　　)
A.
B.
C．2he
D.
3．(多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究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的黑体谱相关的说法中正确的是(　　)
A．微波是指波长在 m到10 m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
4．很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其原理，下列说法正确的是(　　)
A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关
C．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
D．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长波长的成分强
本课小结
参考答案
预习检测
电磁波 温度 较短波长 完全 绝对黑体 黑体 整数倍 一份一份的 能量子
A
D
4.B
课堂探究
考点
典例精析
【解析】
由图可知，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正确，B错误．
变式训练
【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，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．
随堂检测
1. 【解答】由辐射强度随波长变化关系图知，随着温度的升高，各种波长的波的辐射强度都增加，而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波，选项B、C正确．
2. 【解答】选B　根据物理单位知识，表达式及变形式两侧单位是一致的，由本题中涉及的物理量：ν、U、e、h及与其有联系的能量表达式E＝hν　①，E＝Ue　②，由①②得h的单位与的单位相同，即h单位可用V·C·s表示，题中ν＝kU，即k＝　③，单位可用表示，选项B中单位等效于＝，故选项B正确，A、C、D错误。
3. 【解答】选ACD　微波是一种电磁波，传播不需要介质，B错误。
4. 【解答】选C　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，人的体温的高低，直接决定了辐射的红外线强度按波长的分布情况，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，故C正确，A、B、D错误。

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