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第五講 能量量子化
一．黑體輻射
1.熱輻射：一切物體都會向外輻射電磁波，溫度越高，輻射越強，所以稱為熱輻射。一般物體不僅會輻射電磁波，也會反射傳播過來的電磁波。
2.黑體與黑色物體
（1）黑色的物體指的是能夠全部吸收可見光的物體，是生活概念；
（2）黑體是能夠吸收入射的所有頻率的電磁輻射而不發生反射的理想物體，是科學概念。
（3）一般材料的物體輻射電磁波，除與溫度有關之外，還與材料種類及表面狀況有關；黑體輻射電磁波，只與黑體的溫度有關。黑體輻射的規律最簡單。
（4）黑體是一個理想模型，實際中的黑體是不存在的。
3.黑體輻射實驗規律
（1）溫度一定時，黑體輻射強度隨波長的分布有一個極大值。
（2）隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。
4.黑體輻射實驗規律的理論解釋
（1）維恩公式：短波部分與實驗相符，長波部分與實驗存在明顯的差異。
（2）瑞利-金斯公式：長波部分與實驗相符，短波部分偏差較大。人們稱為“紫外災難”。
（3）普朗克能量子假說：黑體輻射能量是如同發射粒子一樣按份額輻射的。
二．能量量子化
1.量子化：是指不連續的情況，例如機槍打出的子彈。
2.普朗克能量子假說：帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數倍，能量的輻射、吸收要一份份地進行。
3.能量子的能量關系式：，為電磁波的頻率，為普朗克常量，；
4.頻率與波長的關系：，為波長，為真空中的光速；
4.意義：能量子概念的引入，打破了經典物理學中物質運動能量連續性的觀點。
例1.（多選）對于帶電微粒在輻射和吸收能量時的特點，以下說法正確的是（ ）
A.以某一個最小能量值一份一份地輻射或吸收
B.輻射和吸收的能量是某一最小值的整數倍
C.吸收的能量可以是連續的
D.輻射和吸收的能量是量子化的
例2.下列關于電磁波和能量量子化的說法正確的是（ ）
A.能量子的頻率越高，其能量越大
B.法拉第最先預言了電磁波的存在
C.微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、射線的波長順序由短到長
D.從距離地面340 km的天宮一號空間站發送信號到地面接收站，至少需要約1×103s
注意：
（1）麥克斯韋建立了電磁場理論，并且最早預言了電磁波的存在；
（2）赫茲是最早用實驗證實電磁波存在的科學家。
例3.關于對熱輻射的認識，下列說法中正確的是（ ）
A.溫度高的物體向外輻射電磁波，溫度低的物體只吸收不輻射電磁波
B.愛因斯坦為解釋黑體輻射的規律，提出了“能量子”
C.黑體輻射電磁波輻射強度按波長的分布情況只與溫度有關
D.常溫下我們看到物體是因為物體在不斷輻射電磁波
例4.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射規律的是（ ）
例5.一盞電燈發光功率為100W，假設它發出的光向四周均勻輻射，光的平均波長=6.0×10-7m，已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，則在距電燈r = 10m遠處，以電燈為球心的球面上，1m 的面積每秒通過的能量子數約為（ ）
A.2×1017個 B.2×1016個 C.2×1015個 D.2×1023個
例6.“神光Ⅱ”裝置是我國規模最大的高功率激光系統，利用它可獲得能量E=2400J、波長=0.35m的紫外激光。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，則該紫外激光所含光子數為多少 （結果保留三位有效數字）

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