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

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驗規(guī)律；（2）了解能量量子化的概念及提出的科學(xué)過程。1、 預(yù)習(xí)導(dǎo)航，要點指津（約3分鐘）1. 物體在平衡位置附近做往復(fù)運動叫機械振動，而簡諧運動中回復(fù)力的大小與位移成正比，回復(fù)力的方向指向平衡位置。簡諧運動具有往復(fù)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=2。2. 機械波產(chǎn)生的必要條件是：有振動的波源；同時有傳播振動的介質(zhì),二者卻一不可。沿著波的傳播方向，后一質(zhì)點的振動總是遲于前一質(zhì)點；且后面的質(zhì)點總是重復(fù)前一質(zhì)點的振動. 機械波是一種運動

2、形式的傳播，振動的能量被傳遞，但參與振動的質(zhì)點仍在原平衡位置附近振動，并沒有隨波遷移。各個質(zhì)點振幅相同，各質(zhì)點的周期、頻率及起振方向都與波源相同；一個周期內(nèi)，質(zhì)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(zhì)點的振動將重復(fù)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(zhì)點間的距離叫波長。而波在介質(zhì)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(zhì)無關(guān)，取決于波源，波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)周期不會改變。周期的倒數(shù)為波的頻率，波的頻率就是質(zhì)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(zhì)，一般與頻率無關(guān)。經(jīng)過一個周期T ，振動在介質(zhì)中傳播的距

3、離等于一個波長，所以三者關(guān)系為.4. 光的色散： 白光通過三棱鏡后，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。各種色光按其波長的有序排列叫做光譜. 各種色光性質(zhì)比較：可見光中紅光的折射率n最小，頻率最小，在同種介質(zhì)中(除真空外)傳播速度v最大，波長最大，從同種介質(zhì)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(zhì)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(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)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，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的

4、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)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。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)會的新年慶祝會上，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(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

5、朵與邁克爾遜實驗有關(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論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路， 柳暗花明又一村”。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(guān)。熱輻射有什么特性： 輻射強度及波長的分布隨溫度變化; 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

6、，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： 黑體是個理想化的模型。例：開孔的空腔，遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。 對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。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度按波長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？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(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=hv的

7、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(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(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，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(lán)、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度 .【例2】對應(yīng)于3.4l0-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=h和=c/得=/h=5.131014Hz=c/=5.8510-7Hz5.1310-14Hz的頻率

8、屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為5.85l07m。四、展示你的收獲（約8分鐘）學(xué)生展示、質(zhì)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(dá)標(biāo)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 B物體的質(zhì)量C物體的動量 D學(xué)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(guān)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(guān)D黑體輻射無任何實驗4能引

9、起人的眼睛視覺效應(yīng)的最小能量為1018J，已知可見光的平均波長約為60 m，普朗克常量為：663 x1034Js，則進人人眼的光子數(shù)至少為 ( )A1個 B3個 C .30個 D300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1875 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)射的光子四面八方視為均勻的，求在離天線25km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.ACD6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