1、第十七章 波粒二象性17.1 能量量子化【自主预习】1.我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的_有关，所以叫做热辐射。2如果某种物体能够_入射的各种波长的电磁波而不发生_，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_有关。3普朗克假说：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的_。当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位_地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值 叫做_， _， 是电磁波的频率， h 是一个常量，后被称为普朗克常量。其值为 h_ Js。4.黑体与黑体辐射(1)热辐射定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物
2、体的温度有关，所以叫热辐射。热辐射的特点物体在任何温度下都会发射电磁波，热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当物体温度较低时(如室温)，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波(在红外线区域)，不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份选修 3-5额增大。(2)黑体定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。黑体辐射的特性：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。5.黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分
3、布有一个极大值。(2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，黑 体 一般物体热辐射特点辐射电磁波的强度按波长(或频率) 的分布只与黑体的温度有关辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关吸收及反射特点完全吸收各种入射电磁波，不反射既吸收，又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关【典型例题】【例 1】黑体辐射的实验规律如图 1713 所示，由图可知 ( )A随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动【例 2】
4、 关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是( )A振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 B带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C能量子与电磁波的频率成正比D这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的【例 3】 红光和紫光相比( )A红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大B红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大C红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小D红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小【例 4】光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是 400700 nm、400 nm、700 nm 电磁辐射的能量子的值各是多
5、少？【课后练习】1关于对黑体的认识，下列说法正确的是( )A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体2关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是( )A热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B温度越高，物体辐射的电磁波越强C辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D常温下我们看到的物体的颜
6、色就是物体辐射电磁波的颜色3红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是( )A红光 B橙光C黄光 D绿光4某种光的光子能量为 E，这种光在某一种介质中传播时的波长为 ，则这种介质的折射率为( )A. B.Eh EchC. D.chE hE5某激光器能发射波长为 的激光，发射功率为 P，c 表示光速，h 表示普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为( )A. B.Pch hcC. D.Phc chP62006 年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化。他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波
7、背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是( )A微波是指波长在 103 m 到 10 m 之间的电磁波B微波和声波一样都只能在介质中传播C黑体的热辐射实际上是电磁辐射D普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说7在自然界生态系统中，蛇与老鼠和其他生物通过营养关系构成食物链，在维持生态平衡方面发挥着重要作用。蛇是老鼠的天敌，它是通过接收热辐射来发现老鼠的。假设老鼠的体温约为 37 ，它发出的最强的热辐射的波长为 m。根据热辐射理论， m 与辐射源的绝对温度 T 的关系近似为 Tm2.9010 3 mK。(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为 ( )A7.810 5 m B 9.4106 mC 1.1
8、6104 m D9.710 8 m(2)老鼠发出的最强的热辐射属于 ( )A可见光波段 B紫外波段C红外波段 DX 射线波段8二氧化碳能强烈吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是 1.4103 1.6103 m，相应的频率范围是_，相应的光子能量的范围是_， “温室效应”使大气全年的平均温度升高，空气温度升高，从微观上看就是空气中分子的_。(已知普朗克常量 h6.610 34 Js，真空中的光速 c3.010 8 m/s。结果取两位数字)9神光“”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为 2 400 J、波长 为 0.35 m的紫外激光，已知普朗克常量
9、h6.6310 34 Js，则该紫外激光所含光子数为多少个？(取两位有效数字)。10氦氖激光器发出波长为 633 nm 的激光，当激光器的输出功率为 1 mW 时，每秒发出的光子数为多少个？例题答案：1. 【答案】A、C、D【解析】由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来。故 A、C、D 正确，B 错误。2. 解析：根据普朗克能量子假说知，A 错误，B、C 正确；普朗克能量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，D 错误。答案：B、C3. 解析：此题只需比较红光和紫光的区别就行了，红光与紫光相比，红光波长较
10、长、频率较低、光子能量较低、在同种介质中传播速度较快，正确答案为 B。答案：B4.【答案】4.971019 J 2.841019 J【解析】根据公式 和 h 可知c400 nm 对应的能量子1h 6.6310 34 Jc1 3.010840010 94.9710 19 J700 nm 对应的能量子2h 6.6310 34 Jc2 3.010870010 92.8410 19 J课后练习答案：1. 解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，故 A 错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故 B 错、C 对；小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此是小孔成了一个黑体，而不是空腔，故 D
11、 错误。答案：C2. 解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A 错误，B 正确；选项 C 是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D 错误。答案：B3. 解析：在四种颜色的光中，红光的波长最长而频率最小，由光子的能量 h 可知红光光子能量最小。答案：A4. 解析：这种光的频率为 ，则这种光在介质中的传播速Eh度为 v 。Eh所以这种光在这种介质中的折射率为 n ，cv chE即 C 选项正确。答案：C5. 解析：每个激光光子的能量为 h ，则激光器的发射功率c为 P n。其中 n 为激光器每秒钟发射的能量子数，所以 n ，即PhcC 选项正
12、确。答案：C6. 解析：微波是一种电磁波，传播不需要介质，B 错误；由于分子和原子的热运动引起一切物体不断向外辐射电磁波，又叫热辐射，C 正确。答案：A、C、D7. 解析：(1)老鼠的体温 T(27337) K310 K由题设条件 m与 T 的近似关系式： mT2.9010 3 mK得 m m9.410 6 m，B 正2.9010 3T 2.9010 3310确。(2)可见光的波长范围 4.0107 7.010 7 m， m大于此范围，所以属于红外线，C 正确。也可根据老鼠的体温不高不能辐射可见光进行判断。答案：(1)B (2)C8. 解析：由 c 得 。c则求得频率范围为 2.110111.91011Hz。又由 Eh 得能量范围为 1.41022 1.31022 J。温度越高分子无规则运动更剧烈，无规则热运动的平均动能也越大。答案：2.110 11Hz1.91011Hz 1.410 22 J1.31022 J 平均动能增大9. 解析：每个激光光子的能量为 h ，该紫外激光中所含光c子数为n 个E 2 4006.6310 34 3.01080.3510 64.210 21个。答案：4.210 2110. 解析：据 Pnh， ，得cn 3.210 15(个)。Ph 110 36.6310 34 310863310 9答案：3.210 15 个
