《高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云学案沪科版选修3-5.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理第2章波和粒子2.1拨开黑体辐射的疑云学案沪科版选修3-5.docx（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2. 1拨开黑体辐射的疑云学习目标1.了解热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律.2. 了解能量子的概念及其提出的科学过程.3. 了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点.知识探究、黑体与黑体辐射导学探究1.什么是热辐射？这种辐射与温度有何关系?答案 物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度 也不同，这种现象叫做热辐射.辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分 越来越强.2 .什么是黑体辐射？黑体辐射与温度有何关系?答案能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体，叫做绝对黑体，简称黑体.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布
2、只与温度有关.知识梳理1 .热辐射定义：物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同,所发射的电磁波的频率、强度也 不同，这种现象叫做热辐射.2 .黑体定义：能完全吸收投射到其表面的电磁波而不产生反射的物体也称之为绝对黑体即学即用判断下列说法的正误.(1)黑体一定是黑色的物体.(X )(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体.(V )(3)只有高温物体才能辐射电磁波.(X )(4)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大.(V )二、黑体辐射的实验规律导学探究1.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图 1所示，当温度从 750 K升高到6000 K时，各 种波长的电磁波的辐射强度怎么变化？辐射强度
3、极大值对应的波长如何变化？也射奉州图1答案 变强.辐射强度极大值向波长较短的方向移动，即变短.2 .你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案 现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型.知识梳理黑体辐射的实验规律1 .随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加.2 .随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动.即学即用判断下列说法的正误.(1)黑体是一种客观存在的物质.(X )(2)黑体辐射随温度升高强度变强.(V )三、能量子导学探究某激光器能发射波长为人的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值吗？
4、是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h,那么每个激光光量子的能量是多少？如果激光发射功率为 P,那么每秒钟发射多少个光量子？P答案 光量子的能量是不连 续的，而是一份一份的，每个光量子的能量E= hv ,个数n=E知识梳理能量子(1)定义：黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量E只能是某一最小能量值 hv的整数倍,即 E= nh v (n= 1,2 , 3,).这样的一份最小能量 hv叫做能量子,v是振子的频率,h叫做普朗克常量.(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取 分立值.即学即用判断下列说法的正误.(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍.(V )11 / 8（2）能
5、量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比.题型探究小卓於点个个击破、黑体辐射的规律随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的万向移动.例1 （多选）黑体辐射的实验规律如图 2所示，由图可知（ I图2A.各种波长的辐射本领都有增加B.只有波长短的辐射本领增加C.辐射本领的最大值向波长较短的方向移动D.辐射电磁波的波长先增大后减小答案 AC解析 根据黑体辐射的实验规律和辐射本领与波长的关系可判断A、C正确.二、能量子的理解和计算1 .物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能 停留在不符合这些能量的任何一个中间状态
6、.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能量量子化.3 .能量子的能量 =hv ,其中h是普朗克常量，V是电磁波的频率.例21 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟【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 X 10 34 J - s ,光速为3.0X108 m/s,则人眼能察觉到 绿光时所接收到白最小功率是 （）B. 3.8 X 10 19 WA. 2.3 X 10 18 WD. 1.2 X 1018C. 7.0 X10-10答案 A解析 因只
7、要每秒有 6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉.所以察觉到绿光所接收的E ,c . r 6X6.63 X1034X3X108取小功率 P=式中 E= 6e, 又 e=hv = h, 可解得 P=GQg qt人53UX 101 9W 2.3 X 10 18 W.L方法总结这类习题的数量级较大，注意运算当中提高计算准确率.例3】（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（ XA.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答案 ABD解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值一一能量子的整
8、数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A、R D正确，C错误.达标检测当拿检测巩固反染di辐射强度图3在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度.如图 3所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是（）A. TiT2B. TiT2C.随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动答案 A解析一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度（T）、辐射波的波长、时间的长短和 辐射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强 度按波长的分布只与温度
9、有关.实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.从图中可以看出，入1T2,本题正确选项为A.2 .（多选）关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是（）A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值B .带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C.能量子与电磁波的频率成正比D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 答案 BC 解析由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确；最小能量值e=hv,C正确.3 .小灯泡的功率 P= 1 W,设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长入= 106
10、日 求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？（h= 6.63 X 10 34 J s）答案 5X1018（个）解析 每秒钟小灯泡发出的能量为E= Pt = 1 J1个光子的能量：hc 6.63 X 1034X3X108 & = h v = 丁 =-j J入10- 6_ 19= 1.989 X10 J小灯泡每秒钟辐射的光子数：E118 人n = = 5X10 （个）n 1.989 X10 19（ ）课时作业强北训豚拓展程开一、选择题（17题为单选题，89题为多选题）1 .对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的因素是（）B.材料A.温度D.以上都正确C.表面状况答案 A解析黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只
11、与黑体的温度有关.故 A正确.2 .下列关于黑体辐射的实3规律叙述正确的是（）A.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加B.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C.黑体热辐射的强度与波长无关D.黑体辐射无任何规律答案 A解析黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.3 .能正确解释黑体辐射实验规律的是（）A.能量的连续经典理论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.牛顿提出的微粒说答案 B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有增加；另一方面，辐射强度的极
12、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正确解释黑体辐射实验规律,B对.4 .已知某种单色光的波长为入，在真空中光速为 C,普朗克常量为h,则电磁波辐射的能量子的值为（c chiA.D.以上均不正确答案c,故选项解析 由波速公式c=入v可得：v = 不，由光的能量子公式得正确.5 .下列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辐叫也变播射逑度答案 A解析 随着温度的升高，黑体辐射的强度与波长的关系：一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.由此规律可知应选A.6 .硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转
13、化为电能.若有 N个波长为 入0的光子打在硅光电池极板上，这些光子的总能量为（h为普朗克常量）（）ccA. h- B. Nhr C. Nh入 o D. 2Nh入 o答案 Bcc解析 一个光子的能量 =hv =h-则N个光子的总能量 E= Nh-选项B正确. 入0入07.在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用.蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的.假设老鼠的体温约37 C,它发出的最强的热辐射的波长为入min.根据热辐射理论，入min与辐射源的绝对温度T的关系近似为 T入min= 2.90X1。3 m- K ,则老鼠发出的最强的热
14、辐射的波长为（）B. 9.4 X10 6 mA. 7.8 X10 5 mD. 9.7 X10 8 mC. 1.16 X10 4 m答案 B解析 由T入min= 2.90X10 一 3 m-K可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为入min =2.90 X 10 32.90 X 10 36“ m= -9.4X10 m, B正确.I2 7 3 十 3 78. 2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化.他们的出色工作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黑体谱相关的说法中正确的是（）1 . 一切物体
15、都在辐射电磁波8 . 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体的热辐射实质上是电磁辐射D.普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案 ACD解析 根据热辐射的定义知，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，而黑体辐射只与黑体的温度有 关，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射本质上是电磁辐射，故 C D正确.9 .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
16、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答案 BC解析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，故正确答案为B C.二、非选择题10 .二氧化碳能吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.4 X10 31.6 X10 加 求：(已知普朗克常量 h= 6.63 X 10 34 J - s ,真空中的光速 c= 3.0 x 108 m/s.结果取 两位有效数字)(1)相应的频率范围；(2)相应的光子能量的范围.答案 (1)1
17、.9 X 10 112.1 X1011 Hz(2)1.2 X 10 221.4 X 10 22 J，一，一 c解析 (1)由c=入v得v =. 人则求得频率范围为 1.9 X10112.1 X1011 Hz.(2)由 e=hv 得能量范围为 1.2 X10 221.4 X1022 J.11 .神光“ n ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400J、波长入=0.35 prn的紫外激光.已知普朗克常量h=6.63 X 10 34 J - s ,则该紫外激光所含光子数为多少？(计算结果保留三位有效数字) 答案 4.23 X 1021(个) 解析紫外激光能量子的值为hc 6.63 x 10-34X3X 108入 0.35X106J = 5.68X10 19 J.则该紫外激光所含光子数2 400n=5.68X101921 个= 4.23X10 个.