資源簡介

13.5 能量量子化
【學習目標】
1. 了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡，感悟以實驗為基礎的科學探究方法。
2. 了解能量子的概念及其提出的過程，領會這一科學概念的創新性突破中蘊含的偉大科學思想。
3. 了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對于物質世界的認識。
【開啟新探索】在上一節我們學習光是一種電磁波，而電磁波具有能量。你知道光的能量與什么因素有關嗎
【質疑提升1】熱輻射
1. 冬天的時候，人們坐在火爐旁邊取暖。火爐和人保持一定距離，這種“熱”怎么會傳到人身上的呢？
2. 結合生活經驗或閱讀課本，說明：如果在火爐中投入一鐵塊，鐵塊一開始是什么顏色？過一會鐵塊又會是怎樣的顏色？
3. 其實，我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以稱熱輻射。根據（2）中例子可以知道，溫度越高，輻射出的電磁波波長如何變化？頻率如何變化？
4. 如圖所示，為某一物質在不同溫度下時（從3000K逐步提高到6000K，K是溫度的單位之一。），輻射出各種電磁波的波長的輻射強度關系。說明：
（1）隨溫度的升高，每一波長的輻射強度如何變化？
（2）輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。如：隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向、還是較短的方向移動？
（3）大量實驗表明，一般物體的輻射強度按波長分布情況與物體的溫度還與材料、表面情況有關。
5. 閱讀課本P125，說明什么是黑體？你能說出生活中類似黑體模型的物體嗎？
6. 黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波。黑體向外輻射電磁波的強度按波長的分布只與什么因素有關？人們應用經典的電磁學理論能解釋黑體輻射的實驗規律嗎？
【質疑提升2】能量子、能級
1. 為了得出同實驗相符的黑體輻射理論，德國的物理學家普朗克作出了怎樣的假設？
2. 生活中有些物或物理量是“量子化”的、有些是連續的。試舉出對應的實例？
3. 最早認識能量子概念的意義和正確性的是年輕的愛因斯坦。愛因斯坦還將能量子假設進行了推廣。閱讀課本，說說愛因斯坦對普朗克能量子理論作出怎樣的推廣？
4. 不僅如此，科學家人發現能量量子化也適用原子。原子的能量也是量子化的，這些量子化的能量值叫做能級。如圖所示，是某元素的“能級圖”，原子可以處于不同的能級、具有不同的能量。試結合“能級圖”、閱讀課本，說明：為什么原子發光形成的譜線是分立的亮線？
5. 閱讀課本P126，說明隨著對微觀世界認識的不斷深入，經典的力學規律已不能解釋新的現象，科學家又建立了怎樣的學說？并由此體會科學發展的一般規律。
【學以致用】
1． 關于黑體與黑體輻射，下列說法錯誤的是（ ）
A．黑體熱輻射只能是高溫下才能進行，低溫下不輻射
B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射
C．帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數倍
D．黑體熱輻射的強度與溫度有關
2． 下列關于能量量子化的說法，正確的是（　　）
A．能量子與電磁波的頻率成反比 B．電磁波波長越長，其能量子越大
C．微觀粒子的能量是不連續（分立）的 D．能量子假設是由愛因斯坦最早提出來的
3. 晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍。對于“紅星” 和“藍星”，你能判斷出哪種恒星的表面溫度更高么？說出你的道理。
4. 對應于 7.4×10-19 J 的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？
5. 氦氖激光器發射波長為 632.8 nm 的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發光功率為18 mW，則每秒發射多少個光子？13.5 能量量子化
【學習目標】
1. 了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡，感悟以實驗為基礎的科學探究方法。
2. 了解能量子的概念及其提出的過程，領會這一科學概念的創新性突破中蘊含的偉大科學思想。
3. 了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對于物質世界的認識。
【開啟新探索】在上一節我們學習光是一種電磁波，而電磁波具有能量。你知道光的能量與什么因素有關嗎
【質疑提升1】熱輻射
1. 冬天的時候，人們坐在火爐旁邊取暖。火爐和人保持一定距離，這種“熱”怎么會傳到人身上的呢？
2. 結合生活經驗或閱讀課本，說明：如果在火爐中投入一鐵塊，鐵塊一開始是什么顏色？過一會鐵塊又會是怎樣的顏色？
3. 其實，我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以稱熱輻射。根據（2）中例子可以知道，溫度越高，輻射出的電磁波波長如何變化？頻率如何變化？
4. 如圖所示，為某一物質在不同溫度下時（從3000K逐步提高到6000K，K是溫度的單位之一。），輻射出各種電磁波的波長的輻射強度關系。說明：
（1）隨溫度的升高，每一波長的輻射強度如何變化？
（2）輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。如：隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較長的方向、還是較短的方向移動？
（3）大量實驗表明，一般物體的輻射強度按波長分布情況與物體的溫度還與材料、表面情況有關。
5. 閱讀課本P125，說明什么是黑體？你能說出生活中類似黑體模型的物體嗎？
6. 黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波。黑體向外輻射電磁波的強度按波長的分布只與什么因素有關？人們應用經典的電磁學理論能解釋黑體輻射的實驗規律嗎？
【質疑提升2】能量子、能級
1. 為了得出同實驗相符的黑體輻射理論，德國的物理學家普朗克作出了怎樣的假設？
2. 生活中有些物或物理量是“量子化”的、有些是連續的。試舉出對應的實例？
3. 最早認識能量子概念的意義和正確性的是年輕的愛因斯坦。愛因斯坦還將能量子假設進行了推廣。閱讀課本，說說愛因斯坦對普朗克能量子理論作出怎樣的推廣？
4. 不僅如此，科學家人發現能量量子化也適用原子。原子的能量也是量子化的，這些量子化的能量值叫做能級。如圖所示，是某元素的“能級圖”，原子可以處于不同的能級、具有不同的能量。試結合“能級圖”、閱讀課本，說明：為什么原子發光形成的譜線是分立的亮線？
5.
6. 閱讀課本P126，說明隨著對微觀世界認識的不斷深入，經典的力學規律已不能解釋新的現象，科學家又建立了怎樣的學說？并由此體會科學發展的一般規律。
【學以致用】
1． 關于黑體與黑體輻射，下列說法錯誤的是（ ）
A．黑體熱輻射只能是高溫下才能進行，低溫下不輻射
B．黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射
C．帶電微粒輻射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整數倍
D．黑體熱輻射的強度與溫度有關
2． 下列關于能量量子化的說法，正確的是（　　）
A．能量子與電磁波的頻率成反比 B．電磁波波長越長，其能量子越大
C．微觀粒子的能量是不連續（分立）的 D．能量子假設是由愛因斯坦最早提出來的
3. 晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍。對于“紅星” 和“藍星”，你能判斷出哪種恒星的表面溫度更高么？說出你的道理。
藍星
4. 對應于 7.4×10-19 J 的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？
1.12×1015HZ
2.68×10-7m
5. 氦氖激光器發射波長為 632.8 nm 的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發光功率為18 mW，則每秒發射多少個光子？
3.14×10-19J
5.73×1016個

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