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1、江西省宜春市宜春中學高中物理 17.1 能量量子化學案 新人教版選修3-5 學習目標： （1）了解黑體及黑體輻射的實驗規(guī)律； （2）了解能量量子化的概念及提出的科學過程。 一、 預習導航，要點指津（約3分鐘） 1. 物體在平衡位置附近做往復運動叫機械振動，而簡諧運動中回復力的大小與位移成正比，回復力的方向指向平衡位置。簡諧運動具有往復性、周期性和對稱性的基本特征。在偏角很小的情況下單擺做簡諧運動，單擺的周期公式為T=2π。 2. 機械波產生的必要條件是：有振動的波源；同時有傳播振動的介質,二者卻一不可。沿著波的傳播方向，后一質點的振動總是遲于前一質點；且后面的質點總是重復前一質點

2、的振動. 機械波是一種運動形式的傳播，振動的能量被傳遞，但參與振動的質點仍在原平衡位置附近振動，并沒有隨波遷移。各個質點振幅相同，各質點的周期、頻率及起振方向都與波源相同；一個周期內，質點完成一次全振動，通過的路程為4A，位移為零；一個周期后，質點的振動將重復． 3. 波動中的幾個物理量： 波動中，對平衡位置的位移總是相等的兩個相鄰質點間的距離叫波長。而波在介質中傳播一個波長所用的時間稱周期。波的周期與傳播的介質無關，取決于波源，波從一種介質進入另一種介質周期不會改變。 周期的倒數(shù)為波的頻率，波的頻率就是質點的振動頻率。波速即波在單位時間傳播的距離，機械波的波速取決于介質，一般與頻率無關

3、。經(jīng)過一個周期T ，振動在介質中傳播的距離等于一個波長，所以三者關系為. 4. 光的色散： ① 白光通過三棱鏡后，出射光束變?yōu)榧t、橙、黃、綠、藍、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。各種色光按其波長的有序排列叫做光譜. ② ②各種色光性質比較：可見光中　紅光　的折射率n最小，頻率υ最小，在同種介質中(除真空外)傳播速度v最大，波長λ最大，從同種介質射向真空時發(fā)生全反射的臨界角C最大，以相同入射角在介質間發(fā)生折射時的偏折角最小(注意區(qū)分偏折角和折射角). 19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了

4、溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。 1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，著名物理學家開爾文作了展望新世紀的發(fā)言：“科學的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。” 也就是說：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在

5、物理學晴朗天空的遠處，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，另一朵與邁克爾遜實驗有關。 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論。經(jīng)典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路， 柳暗花明又一村”。 二、自主探索，獨立思考（約10分鐘） 閱讀課本P27-29頁，完成下列問題 1、熱輻射： 固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，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。

6、 熱輻射有什么特性： ①輻射強度及波長的分布隨溫度變化; ② 隨著溫度升高,電磁波的短波成分增加. 2、黑體： 如果一個物體在任何溫度下，對任何波長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黑體，簡稱黑體。 黑體輻射有什么特點： ①黑體是個理想化的模型。例：開孔的空腔，遠處的窗口等可近似看作黑體。 ②對于黑體，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，但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。 3、仔細觀察圖17.1-2.黑體輻射的實驗規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)，隨溫度的升高，各種波長的輻射強度有什么變化？輻射強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？什么是“紫外災難”？ 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？ 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】煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內的顏色，就可以估計出爐內的溫度，這是根據(jù)什么道理? [答案] 根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強，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、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內光的顏色大致估計爐內的

8、溫度 . 【例2】對應于3.4×l0-l9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？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，其波長為5.85×l0—7m。 四、展示你的收獲（約8分鐘） 學生展示、質疑、挑戰(zhàn)、糾錯、補充 五、重、難、疑點評析（約5分鐘） 1、能量子的概念(重點) 2、黑體輻射的實驗規(guī)律(難點) 六、達標檢測（約8分鐘） 1．以下宏觀概念，哪些是“量子化”的 ( ) A．木棒的長度

9、B．物體的質量 C．物體的動量 D．學生的個數(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．關于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的有 ( ) A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加 B．隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 C．黑體熱輻射的強度與波長無關 D．黑體輻射無任何實驗 4．能引起人的眼睛視覺效應的最小能量為10—18J，已知可見光的平均波長約為60 μm，普朗克常量為：6．63 x10—34J·s，則進人人眼的光子數(shù)至少為 ( ) A．

10、1個 B．3個 C .30個 D．300個 5．黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，由圖可知 ( ) A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加 B．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都有增加 C．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動 6．“非典”期間，很多地方用紅外線熱像儀監(jiān)測人的體溫，只要被測者從儀器前走，便可知道他的體溫是多少，你知道其中的道理嗎? 7．某廣播電臺發(fā)射功率為10kW，在空氣中波長為187．5 m的電磁波，試求： (1)該電臺每秒鐘從天線發(fā)射多少個光子? (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度。通過監(jiān)測被測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／秒 (2)4x1023個／秒4x10—4W 解析：(1)每個光子的能量 E=hν=hc／λ=6．63 x10—34X3 X108／187．5J =1．06 X10—27J。 則每秒鐘電臺發(fā)射上述波長光子數(shù) N=Pt/E=1031(個／秒)。 (2)