能量量子化 導(dǎo)學(xué)案

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1、課題：能量量子化 學(xué) 習(xí) 內(nèi) 容 個(gè) 性 筆 記 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射； 2．了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系； 3．了解能量子的概念。 【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；能量子的概念。 【學(xué)習(xí)過程】 一．黑體與黑體輻射 思考與討論：當(dāng)你坐在火爐旁時(shí)有什么感覺？為什么會(huì)有這種感覺？ 閱讀教材P27內(nèi)容，完成以下內(nèi)容。 1.熱輻射： 。 熱輻射的主要成分:室溫時(shí)——波長(zhǎng)較

2、長(zhǎng)的電磁波；高溫時(shí)——波長(zhǎng)較短的電磁波。 例如：鐵塊溫度升高時(shí),從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色 2.黑體：①某種物體能夠 吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是 ，簡(jiǎn)稱 。 黑體模型 ②一般材料的物體，輻射的電磁波除與 有關(guān)，還與 的種類及 狀況有關(guān)。 不透明的材料制成帶小孔的的空腔，此小孔可近似看作黑體。 如圖所示。 【溫馨提示】黑體看上去不一定是黑的，只有當(dāng)其自身輻射的可見光非常微弱時(shí)看上去才是黑的；有些可看做黑體的物體由于由較強(qiáng)的輻射，看起來還會(huì)很明亮，如煉鋼爐口上的小孔

3、，一些發(fā)光物體（太陽、白熾燈燈絲）也被當(dāng)做黑體處理。 二．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。物理學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)得出了它的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”相應(yīng)內(nèi)容并完成以下內(nèi)容: 黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的 有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有 。另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較 的方向移動(dòng)。 在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來解釋。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符，甚至

4、得出了非?；闹嚨慕Y(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”。 實(shí)驗(yàn) 瑞利-瓊斯線 維恩線 T=1646k 三。能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導(dǎo)致了荒謬的結(jié)果。必然會(huì)促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材P28至P29內(nèi)容，回答以下內(nèi)容。 1. 能量子定義：普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或者吸收能時(shí)，只能輻射和吸收某個(gè)最小能量值的 。即：能的輻射或者吸收只能是 。這個(gè)不可再分的最小值ε叫做 。 2.能量大小：ε=hν，其中ν是電磁波的頻率，h稱為 常量。h=

5、 。 3.能量的量子化：與宏觀世界對(duì)能量認(rèn)識(shí)的比較：（以彈簧振子為例）對(duì)于彈簧振子的情況，我們說能量值是連續(xù)的；而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是__________的，或說微觀粒子的能量是___________的,這種現(xiàn)象叫能量的量子化。 思考:如果知道了一個(gè)箱子的體積，里面裝滿了蘋果，我們用蘋果的密度乘以箱子的體積（用連續(xù)性的觀點(diǎn)處理），其重量會(huì)大于實(shí)際重量，我們只有把蘋果想成量子化的，才能與實(shí)際吻合。又比如，人就是量子化的，不能說某個(gè)家庭有2.2個(gè)小孩，因?yàn)橐粋€(gè)小孩就是一個(gè)基本單位；樓梯也是量子化的，一個(gè)人上樓梯，他可以一次上一階、或者兩階，但他絕不可能上一階半且固定在哪

6、里。說說你心中的連續(xù)性與量子化有什么區(qū)別？ 四．鞏固訓(xùn)練 1．對(duì)黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)分布有影響的是 ( ) A．溫度 B．材料 C．表面狀況 D．質(zhì)量 ２.（2011江蘇）下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射規(guī)律的是（　?。? ３以下宏觀概念中，哪些是“量子化”的（　?。? A.物體的長(zhǎng)度 B.物體所受的重力 C.物體的動(dòng)能 D.人的個(gè)數(shù) ４光是一種電磁波，可見光的波長(zhǎng)的大致范圍是400-760nm。400nm、760nm電磁輻射的能量子ε的值是多少？（注： 其中

7、c為光速，λ為波長(zhǎng)） ５.人體表面輻射本領(lǐng)的最大值在波長(zhǎng)為940μm處，對(duì)應(yīng)的是何種輻射？能量子的值為多大？ ６.在一杯開水中放入一支溫度計(jì)，開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度是逐漸降低的。既然從微觀的角度來看開水的能量是一份一份向外輻射的，為什么它的溫度不是一段一段地降低呢？ 【知識(shí)鏈接】19世紀(jì)末頁，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，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、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

8、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：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(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

9、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)疑無路， 柳暗花明又一村”。 1900.10.19 普朗克在德國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式 提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。輻射物體中包含大量振動(dòng)著的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍 E=nε n=1,2,… ε叫能量子，簡(jiǎn)稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化；對(duì)于頻率為n的諧振子，最小能量為： ε=h n； h=6.62610-34JS ----普朗克常數(shù)。 普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。 1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的墓碑上只刻著他的姓名和 黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。 2