DOC《监利县实验高中高二物理导学案》

监利县实验高中高二物理导学案 17.

1能量的量子化 编写:黄琼 审稿:高二物理组 班级:学生:导学案评分: 学习目标:1.了解黑体和黑体辐射的基本含义 2.了解能量的量子化的含义 学习重点:能量的量子化 学习内容: 知识点一: 黑体和黑体辐射 1.热辐射 (1)定义:我们周围的一切物体都在辐射 ,这种辐射与物体的 有关,所以叫热辐射. (2)特点:热辐射强度按 的分布情况随物体的 而有所不同. 2.黑体 (1)定义:在热辐射的同时,物体表面还会 和 外界射来的电磁波.如果一些物体能够 吸收投射到其表面的 的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体. (2)黑体辐射特点:黑体辐射电磁波的强度按 的分布与黑体的 有关. 注意:一般物体的热辐射除与温度有关外,还与材料的 及 有关. 知识点二:黑体辐射的实验规律 如图所示,随着 的升高,一方面,各种波长的辐射强度都有增加;

另―方面,辐射强度的 向波长较短的方向移动. 知识点三:能量子 1.能量子:带电微粒辐射或吸收能量时,只能是辐射或吸收某个 能量值的整数倍,这个不可再分的 值e叫做能量子. 2.大小:e=hν. 其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量,h=6.626x10―34J・s(―般h=6.63x10―34J・s). 注:在电工和电子技术中,频率常用f表示,而在研究微观世界的物理学中,频率常用希腊字母ν表示. 拓展点一:对热辐射的理解 1.在任何温度下,任何物体都会发射电磁波,并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同,这是热辐射的一种特性. 在室温下,大多数物体辐射不可见的红外光;

但当物体被加热到5000C左右时,开始发出暗红色的可见光.随着温度的不断上升,辉光逐渐亮起来,而且波长较短的辐射越来越多,大约在1 5000C时变成明亮的白炽光.这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的,而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也最高. 2.在一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同.例如,将钢加热到约800℃时,就可观察到明亮的红色光,但在同一温度下,熔化的水晶却不辐射可见光. 注意:热辐射不需要高温,任何温度下物体都会发出一定的热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强. 什么样的物体可以看做黑体 1.黑体是一个理想化的物理模型. 2.如图所示,如果在一个空腔壁上开―个很小的孔,那么射人小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出.这个空腔近似看成一个绝对黑体. 注意:黑体看上去不一定是黑色的,有些可看做黑体的物体由于自身有较强的辐射,看起来还会很明亮.如炼钢炉口上的小孔. 拓展点三:普朗克能量量子化假说 1.如图所示,假设与实验结果 令人满意地相符 ,图中小圆点表示实验值,曲线是根据普朗克公式作出的. 2.能量子假说的意义 普朗克的能量子假说,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,架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁. 注意: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. 学习小结: 知识链接:普朗克简介 马克斯・普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck1858年4月23日-1947年10月3日),德国物理学家,量子力学的创始人,二十世纪最重要的物理学家之一,因发现能量量子化而对物理学的进展做出了重要贡献,并在1918年获得诺贝尔物理学奖.量子力学的发展是20世纪最重要的科学发展,其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美. 马克斯・普朗克1874年至1877年,在慕尼黑大学学习物理学和数学.1879年转到柏林大学学习.1879年通过了博士论文,在论文中论述了热力学第二定律.1880年在慕尼黑大学担任物理讲师,1885年被基尔大学聘为理论物理特约教授.1900年, 普朗克提出了一个重要的物理学常数--普朗克常数,以调和经典物理学理论研究热辐射规律时遇到的矛盾.基于普朗克常数的假设,他推导出黑体辐射的普朗克公式,圆满地解释了实验现象.这个成就揭开量子力学的序幕,普朗克也此获得1918年诺贝尔物理学奖.尽管在后来的时间里,普朗克一直试图将自己的理论纳入经典物理学的框架之下,但他仍被视为近代物理学的开拓者之一. 1926年,普朗克成为英国皇家学会会员,同时还担任了柏林威廉皇家研究所所长.1947年10月逝世,终年89岁.1900年德国科学家马克斯・普朗克提出了一个大胆的假说,在科学界一鸣惊人.这一假说认为辐射能(即光波能)不是一种连续不断的流的形式,而是由小微粒组成的.他把这种小微粒叫做量子.普朗克的假说与经典的光学说和电磁学说相对立,使物理学发生了一场革命,使人们对物质性和放射性有了更为深刻的了解.和其他几位科学家一样,普朗克对黑体辐射问题也很感兴趣,黑体辐射是描述给绝对黑体加热来做电磁辐射的术语(绝对黑体是不反射任何光而完全吸收所遇见光的物体).实验物理学家们甚至在普朗克着手研究这个问题之前就对这样的物体辐射做过认真的测量.普朗克取得的第一项成就是提出了一个用来正确描绘黑体辐射的相当复杂的代数公式.这个代数式完美地概述了实验数据,在今天理论物理学上仍常常使用.但是却有一个问题:公认的物理学定律预示存在着一个完全不同的公式.普朗克对这个问题沉思默想,终于提出了一个崭新的学说:辐射能只能以普朗克称为量子这个基本单位的整倍数形式辐射出来.根据普朗克学说,一个光量子的大小取决于光的频率(即颜色)且与一个物理量成正比.普朗克把这个物理量缩写为h,现在被称为普朗克常数.普朗克假说与当时流行的物理概念完全对立,但是他却利用这一假说在理论上准确地推导了正确的黑体辐射公式.普朗克假说具有彻底的革命性.因此若不是他以顽固保守的物理学家而著称,他的假说无疑会被当作一种荒诞的思想而弃之一边.虽然这一假说听起来很离奇,但是在这种特殊情况下却推导出了正确的公式.当初大多数物理学家(包括普朗克本人在内)都认为这一假说不过是适应面很窄的一个数学假设.但是几年以后表明普朗克的概念还能应用于除黑体辐射以外的许多各种不同的物理现象.1905年爱因斯坦用这一概念解释光电效应,1913年尼尔斯・玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念.他的学说基本正确而且在物理学理论方面具有根本重要的意义.量子力学的发展可能是二十世纪中最重要的科学发展,甚至比爱因斯坦的相对论还要重要.普朗克常数h在物理理论中有着重要的作用,现在被认为是两三个最基本的物理常数之一.它出现在原子结构学说、海森堡测不准原理、辐射学说和许多科学公式中.普朗克最初计算出来的常数数值比今天使用的相差百分之二.一般认为普朗克是量子力学之父. 普朗克早期的研究领域主要是热力学.他的博士论文就是《论热力学的第二定律》.此后,他从热力学的观点对物质的........