高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 能量量子化多媒体教学课件ppt

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一、黑体与黑体辐射:1.热辐射: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。2.黑体:是指能够_____吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
二、能量子: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_______,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_________地辐射或吸收的,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_______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:在微观世界中能量是_______的,或者说微观粒子的能量是_____________的。
三、能级1.能级:原子的能量是量子化的。这些_______________叫作能级。通常情况下,原子处于能量最低的状态, 这是最_____的。2.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_______的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出_____。
主题 能量量子化【生活情境】如图是铁块放入火炉中持续加热时,铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色,直至成为黄白色。
【问题探究】(1)为什么烧红的铁块如果继续升温,就会达到“白”热?提示:因为温度升高后,铁块辐射出的光中,波长较短的蓝光、紫光所占的比例就会增加,更接近日光中各种色光的比例,因此看起来几乎是白色的。(2)铁块是一般的物体,一般物体与黑体的热辐射特点有何不同?提示:一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关;而黑体辐射电磁波的强度按波长(或频率)的分布只与黑体的温度有关。
(3)从现实中发现一般物体能吸收和反射电磁波,一般物体与黑体的吸收及反射电磁波情况有何区别?提示:一般物体既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关;黑体只完全吸收各种入射电磁波,不反射电磁波。(4)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,你知道其中的道理吗?提示:根据热辐射规律可知,人的体温的高低,直接决定了该人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该人的体温。
(5)电磁波的本质是一种能量,由以上问题进一步思考,能量是不是连续的?提示:能量并不是连续的,而是一份一份的。
【结论生成】1.热辐射与温度的关系:(1)热辐射不一定需要高温,任何温度的物体都能发出一定的热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。(2)在一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著不同。(3)一般物体的热辐射除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。
2.普朗克的能量子观点:(1)普朗克的能量子观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同。宏观世界中的能量可以是任何值,是连续的,而普朗克认为微观粒子的能量是量子化的,是一份一份的。(2)普朗克的能量子观点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是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征。
【典例示范】2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲,“大连光源”因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)(　　)A.2×10-21 J　　B.2×10-18 JC.2×10-15 JD.2×10-12 J
【解析】选B。能够电离一个分子的能量即为一个极紫外波段的光子所具有的能量,E=hν= ≈2×10-18 J,B选项正确。
【素养训练】1.(多选)下列说法正确的是(　　)A.微观粒子的能量变化是跳跃式的B.能量子与电磁波的频率成正比C.红光的能量子比绿光大D.电磁波波长越长,其能量子越大【解析】选A、B。微观粒子的能量变化是跳跃式的,选项A正确;由ε=hν可知,能量子与电磁波的频率成正比,选项B正确;红光的频率比绿光小,由ε=hν可知,红光的能量子比绿光小,选项C错误;电磁波波长越长,其频率越小,能量子越小,选项D错误。
2.(多选)对于带电微粒的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【解析】选A、B、D。根据普朗克能量子假说,带电粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍,能量的辐射、吸收要一份一份地进行,所以辐射和吸收的能量是量子化的,故A、B、D正确。
1.硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能。若有N个波长为λ0的能量子打在光电池极板上,这些能量子的总能量为(h为普朗克常量)(　　)A.h 　　　B.Nh 　　　C.Nhλ0　　　D.2Nhλ0【解析】选B。一个能量子的能量ε=hν=h ,N个能量子的总能量E=Nh ,选项B正确。
2.(多选)以下关于辐射强度与波长的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
【解析】选B、C。由辐射强度随波长变化关系知:随着温度的升高各种波长的波辐射强度都增加,而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波,故A错;黑体辐射温度越高,则辐射强度的极大值也越大,当铁块呈现黑色时,是由于它的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分,甚至波长更长,说明它的温度不太高,故B对;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,故C对;太阳早晚时分呈现红色,而中午时分呈现白色,是由于大气的吸收与反射了部分光的原因,不能说明中午时分太阳温度最高,故D错。所以正确答案为B、C。
3.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,看上去是黑色的B.黑体辐射电磁波的强度按照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
【解析】选C。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,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔,D错误。