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《能量量子化》教案

核心素养点击

物理观念

(1)知道热辐射、黑体辐射的概念。

(2)了解普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。

(3)了解原子能级及能级跃迁理论。

科学态度与责任

通过对本节的学习，能体会到人类对自然界的认识是不断发展的；认识到物理研究是一种对自然现象进行抽象的创造性工作。

eq\a\vs4\al(一、热辐射)

1．填一填

(1)热辐射的概念：物体具有的与温度有关的辐射电磁波的方式。

(2)热辐射规律：物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。

(3)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

(4)黑体辐射规律：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波，而且辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。

2．判断

(1)物体在常温下也在不断地辐射电磁波。(√)

(2)黑体就是指黑色的物体。(×)

(3)黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波。(√)

3．选一选

所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波的物体。显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可近似地看成黑体。如图13.5-1所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，可近似地看作黑体。这是利用了()

图13.5-1

A．控制变量法 B．比值法

C．类比法 D．理想化方法

解析：选D黑体实际上是一种物理模型，把实际物体近似看作黑体，用到的是理想化方法，D正确。

eq\a\vs4\al(二、能量子与能级)

1．填一填

(1)能量子

①定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。

②能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是一个常量，称为普朗克常量，h＝6.62607015×10－34J·s。

③普朗克认为微观粒子的能量是量子化的，是不连续(分立)的。

④爱因斯坦的光子说：光是一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子被叫作光子。

(2)能级

①定义：原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫作能级。

②原子的稳定性：原子处于能量最低的状态时最稳定，原子处于能量较高的状态时不稳定，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。

③能级跃迁规律：原子从高能级态向低能级态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。

④原子的发射光谱的特征：原子的能级是分立的，放出的光子的能量也是分立的，因此，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。

2．判断

(1)普朗克认为带电微粒的能量是量子化的。(√)

(2)原子处于最低能级时最稳定。(√)

(3)原子发生能级跃迁时要放出光子。(×)

3．选一选

已知某种单色光的波长为λ，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ε的值为()

A．heq\f(c,λ) B.eq\f(h,λ)

C.eq\f(c,hλ) D．以上均不正确

解析：选A由波速公式c＝λν，可得ν＝eq\f(c,λ)，由光的能量子公式ε＝hν得ε＝heq\f(c,λ)，故A正确。

eq\a\vs4\al(主题探究?一?)eq\a\vs4\al(对黑体及黑体辐射的理解)

[问题驱动]

用红外线热像仪可以监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你能说出这其中的原理吗？

提示：根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。被测者会辐射红外线，辐射强度以及波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分强。人的体温的高低，直接决定了他辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温。

【重难释解】

1．对黑体的理解

(1)绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图13.5-2所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入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，这个带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体。

（2）黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如开有小孔的炼钢炉。一些发光的物体（如太阳、白炽灯灯丝）也被当作黑体来处理。

图13.5-2

(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。

2．一般物体与黑体的比较

名称

热辐射特点

吸收、反射特点

一般物体

辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关

既吸收又反射，其能