《能量量子化 導(dǎo)學(xué)案》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《能量量子化 導(dǎo)學(xué)案(2頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、課題:能量量子化
學(xué) 習(xí) 內(nèi) 容
個(gè) 性 筆 記
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
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(shí)驗(yàn)規(guī)律,了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系;
3.了解能量子的概念。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律;能量子的概念。
【學(xué)習(xí)過程】
一.黑體與黑體輻射
思考與討論:當(dāng)你坐在火爐旁時(shí)有什么感覺?為什么會(huì)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(shí)——波長(zhǎng)較
2、長(zhǎng)的電磁波;高溫時(shí)——波長(zhǎng)較短的電磁波。
例如:鐵塊溫度升高時(shí),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(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就是 ,簡(jiǎn)稱 。
黑體模型
②一般材料的物體,輻射的電磁波除與 有關(guān),還與 的種類及 狀況有關(guān)。
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(dāng)其自身輻射的可見光非常微弱時(shí)看上去才是黑的;有些可看做黑體的物體由于由較強(qiáng)的輻射,看起來還會(huì)很明亮,如煉鋼爐口上的小孔
3、,一些發(fā)光物體(太陽(yáng)、白熾燈燈絲)也被當(dāng)做黑體處理。
二.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)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(chǔ)。物理學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)得出了它的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材“黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”相應(yīng)內(nèi)容并完成以下內(nèi)容:
黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的 有關(guān)。隨著溫度的升高,一方面,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有 。另一方面,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較 的方向移動(dòng)。
在新的理論誕生之前,人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來解釋。德國(guó)物理學(xué)家維恩和英國(guó)物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符,甚至
4、得出了非常荒謬的結(jié)論,當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”。
實(shí)驗(yàn)
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(dǎo)致了荒謬的結(jié)果。必然會(huì)促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。請(qǐng)同學(xué)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(rèn)為,帶電微粒輻射或者吸收能時(shí),只能輻射和吸收某個(gè)最小能量值的 。即:能的輻射或者吸收只能是 。這個(gè)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(duì)能量認(rèn)識(shí)的比較:(以彈簧振子為例)對(duì)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(shè)則認(rèn)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(gè)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(diǎn)處理),其重量會(huì)大于實(shí)際重量,我們只有把蘋果想成量子化的,才能與實(shí)際吻合。又比如,人就是量子化的,不能說某個(gè)家庭有2.2個(gè)小孩,因?yàn)橐粋€(gè)小孩就是一個(gè)基本單位;樓梯也是量子化的,一個(gè)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(xùn)練
1.對(duì)黑體輻射電磁波的波長(zhǎng)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(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)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(zhǎng)度 B.物體所受的重力 C.物體的動(dòng)能 D.人的個(gè)數(shù)
4光是一種電磁波,可見光的波長(zhǎng)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(zhǎng))
5.人體表面輻射本領(lǐng)的最大值在波長(zhǎng)為940μm處,對(duì)應(yīng)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(jì),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(shí)鏈接】19世紀(jì)末頁(yè),牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功:在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說,在分子物理方面,成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面,建立了一個(gè)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(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)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(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)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(bǔ)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(shí)驗(yàn)再做一做,在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了!
但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)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),另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。
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(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖,物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)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”。
1900.10.19 普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)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(jìn)行的新觀點(diǎn)。輻射物體中包含大量振動(dòng)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(jiǎn)稱量子,n為量子數(shù),它只取正整數(shù)——能量量子化;對(duì)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(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后,他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。
1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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(zāi)難的疑點(diǎn)找到了,為人類解決了一大難題。
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