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1、課題：能量量子化
學 習 內(nèi) 容
個 性 筆 記
【學習目標】
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．了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系；
3．了解能量子的概念。
【學習重點】黑體輻射的實驗規(guī)律；能量子的概念。
【學習過程】
一．黑體與黑體輻射
思考與討論：當你坐在火爐旁時有什么感覺？為什么會有這種感覺？
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——波長較
2、長的電磁波；高溫時——波長較短的電磁波。
例如：鐵塊溫度升高時,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的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是 ，簡稱 。
黑體模型
②一般材料的物體，輻射的電磁波除與 有關，還與 的種類及 狀況有關。
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，只有當其自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的；有些可看做黑體的物體由于由較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔
3、，一些發(fā)光物體（太陽、白熾燈燈絲）也被當做黑體處理。
二．黑體輻射的實驗規(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。物理學家通過實驗得出了它的實驗規(guī)律，請同學們閱讀教材“黑體輻射的實驗規(guī)律”相應內(nèi)容并完成以下內(nèi)容:
黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的 有關。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有 。另一方面，輻射強度的極大值向波長較 的方向移動。
在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學和電磁學規(guī)律來解釋。德國物理學家維恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結果導致理論與實驗規(guī)律不符，甚至
4、得出了非?；闹嚨慕Y論，當時被稱為“紫外災難”。
實驗
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，導致了荒謬的結果。必然會促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。請同學們閱讀教材P28至P29內(nèi)容，回答以下內(nèi)容。
1. 能量子定義：普朗克認為，帶電微粒輻射或者吸收能時，只能輻射和吸收某個最小能量值的 。即：能的輻射或者吸收只能是 。這個不可再分的最小值ε叫做 。
2.能量大?。害?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：與宏觀世界對能量認識的比較：（以彈簧振子為例）對于彈簧振子的情況，我們說能量值是連續(xù)的；而普朗克的假設則認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)性的觀點處理），其重量會大于實際重量，我們只有把蘋果想成量子化的，才能與實際吻合。又比如，人就是量子化的，不能說某個家庭有2.2個小孩，因為一個小孩就是一個基本單位；樓梯也是量子化的，一個人上樓梯，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．鞏固訓練
1．對黑體輻射電磁波的波長分布有影響的是 ( )
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度與波長關系的圖中，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.物體的長度 B.物體所受的重力 C.物體的動能 D.人的個數(shù)
４光是一種電磁波，可見光的波長的大致范圍是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）
５.人體表面輻射本領的最大值在波長為940μm處，對應的是何種輻射？能量子的值為多大？
６.在一杯開水中放入一支溫度計，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？
【知識鏈接】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，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)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(zhuǎn)化與守恒定
8、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
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”。
1900.10.19 普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式
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)的方式進行的新觀點。輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，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，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化；對于頻率為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歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。
1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學獎。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，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。
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能量量子化 導學案
