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1、江西省宜春市宜春中學(xué)高中物理 17.1 能量量子化學(xué)案 新人教版選修3-5 學(xué)習(xí)目標(biāo)： （1）了解黑體及黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律； （2）了解能量量子化的概念及提出的科學(xué)過(guò)程。 一、 預(yù)習(xí)導(dǎo)航，要點(diǎn)指津（約3分鐘） 1. 物體在平衡位置附近做往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫機(jī)械振動(dòng)，而簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)中回復(fù)力的大小與位移成正比，回復(fù)力的方向指向平衡位置。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)具有往復(fù)性、周期性和對(duì)稱性的基本特征。在偏角很小的情況下單擺做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，單擺的周期公式為T=2π。 2. 機(jī)械波產(chǎn)生的必要條件是：有振動(dòng)的波源；同時(shí)有傳播振動(dòng)的介質(zhì),二者卻一不可。沿著波的傳播方向，后一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)總是遲于前一質(zhì)點(diǎn)；且后面的質(zhì)點(diǎn)總是重復(fù)前一質(zhì)點(diǎn)

2、的振動(dòng). 機(jī)械波是一種運(yùn)動(dòng)形式的傳播，振動(dòng)的能量被傳遞，但參與振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)仍在原平衡位置附近振動(dòng)，并沒(méi)有隨波遷移。各個(gè)質(zhì)點(diǎn)振幅相同，各質(zhì)點(diǎn)的周期、頻率及起振方向都與波源相同；一個(gè)周期內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)，通過(guò)的路程為4A，位移為零；一個(gè)周期后，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)將重復(fù)． 3. 波動(dòng)中的幾個(gè)物理量： 波動(dòng)中，對(duì)平衡位置的位移總是相等的兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)間的距離叫波長(zhǎng)。而波在介質(zhì)中傳播一個(gè)波長(zhǎng)所用的時(shí)間稱周期。波的周期與傳播的介質(zhì)無(wú)關(guān)，取決于波源，波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)周期不會(huì)改變。 周期的倒數(shù)為波的頻率，波的頻率就是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率。波速即波在單位時(shí)間傳播的距離，機(jī)械波的波速取決于介質(zhì)，一般與頻率無(wú)關(guān)

3、。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期T ，振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的距離等于一個(gè)波長(zhǎng)，所以三者關(guān)系為. 4. 光的色散： ① 白光通過(guò)三棱鏡后，出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七色光束.含有多種顏色的光被分解成單色光的現(xiàn)象叫做光的色散。各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列叫做光譜. ② ②各種色光性質(zhì)比較：可見光中　紅光　的折射率n最小，頻率υ最小，在同種介質(zhì)中(除真空外)傳播速度v最大，波長(zhǎng)λ最大，從同種介質(zhì)射向真空時(shí)發(fā)生全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質(zhì)間發(fā)生折射時(shí)的偏折角最小(注意區(qū)分偏折角和折射角). 19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了

4、溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。 1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，著名物理學(xué)家開爾文作了展望新世紀(jì)的發(fā)言：“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。” 也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在

5、物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----” 這兩朵烏云是指什么呢？ 一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。 然而， 事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無(wú)路， 柳暗花明又一村”。 二、自主探索，獨(dú)立思考（約10分鐘） 閱讀課本P27-29頁(yè)，完成下列問(wèn)題 1、熱輻射： 固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。

6、 熱輻射有什么特性： ①輻射強(qiáng)度及波長(zhǎng)的分布隨溫度變化; ② 隨著溫度升高,電磁波的短波成分增加. 2、黑體： 如果一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。 黑體輻射有什么特點(diǎn)： ①黑體是個(gè)理想化的模型。例：開孔的空腔，遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。 ②對(duì)于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。③一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。 3、仔細(xì)觀察圖17.1-2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)，隨溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度有什么變化？輻射強(qiáng)度的極大值有什么變化？

7、 4、維恩公式與瑞利公式在理解黑體輻射規(guī)律分別有什么缺點(diǎn)？什么是“紫外災(zāi)難”？ 5、為了得出與黑體輻射規(guī)律相同的黑體輻射公式，普朗克做了怎樣的假設(shè)？ 6、公式ε=hv的物理意義是什么？公式中各物理量是什么？單位如何？ 三、小組合作探究，議疑解惑（約5分鐘） 【例1】煉鋼工人通過(guò)觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理? [答案] 根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長(zhǎng)的成分越來(lái)越強(qiáng)，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、綠、藍(lán)、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計(jì)爐內(nèi)的

8、溫度 . 【例2】對(duì)應(yīng)于3.4×l0-l9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少？它是什么顏色？ [解析] 根據(jù)公式ε=hν和ν=c/λ得 ν=ε/h=5.13×1014Hz λ=c/ν=5.85×10-7Hz 5.13×10-14Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長(zhǎng)為5.85×l0—7m。 四、展示你的收獲（約8分鐘） 學(xué)生展示、質(zhì)疑、挑戰(zhàn)、糾錯(cuò)、補(bǔ)充 五、重、難、疑點(diǎn)評(píng)析（約5分鐘） 1、能量子的概念(重點(diǎn)) 2、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(難點(diǎn)) 六、達(dá)標(biāo)檢測(cè)（約8分鐘） 1．以下宏觀概念，哪些是“量子化”的 ( ) A．木棒的長(zhǎng)度

9、B．物體的質(zhì)量 C．物體的動(dòng)量 D．學(xué)生的個(gè)數(shù) 2．紅、橙、黃、綠四種單色光中，光子能量最小的是 ( ) A．紅光 B．橙光 C．黃光 D．綠光 3．關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律敘述正確的有 ( ) A．隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 B．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) C．黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)無(wú)關(guān) D．黑體輻射無(wú)任何實(shí)驗(yàn) 4．能引起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為10—18J，已知可見光的平均波長(zhǎng)約為60 μm，普朗克常量為：6．63 x10—34J·s，則進(jìn)人人眼的光子數(shù)至少為 ( ) A．

10、1個(gè) B．3個(gè) C .30個(gè) D．300個(gè) 5．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知 ( ) A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加 C．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng) D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng) 6．“非典”期間，很多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測(cè)人的體溫，只要被測(cè)者從儀器前走，便可知道他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎? 7．某廣播電臺(tái)發(fā)射功率為10kW，在空氣中波長(zhǎng)為187．5 m的電磁波，試求： (1)該電臺(tái)每秒鐘從天線發(fā)射多少個(gè)光子? (2)若發(fā)射的光

11、子四面八方視為均勻的，求在離天線2．5km處，直徑為2m的環(huán)狀天線每秒接收的光子個(gè)數(shù)以及接收功率? 1.D 2.A 3.AB 4.B 5.ACD 6．根據(jù)熱輻射規(guī)律可知，人的體溫的高低，直接決定了該人輻射的紅外線的頻率和強(qiáng)度。通過(guò)監(jiān)測(cè)被測(cè)者輻射的紅外線的情況就自然知道了該人的體溫 7．(1)1031個(gè)／秒 (2)4x1023個(gè)／秒4x10—4W 解析：(1)每個(gè)光子的能量 E=hν=hc／λ=6．63 x10—34X3 X108／187．5J =1．06 X10—27J。 則每秒鐘電臺(tái)發(fā)射上述波長(zhǎng)光子數(shù) N=Pt/E=1031(個(gè)／秒)。 (2)