能量量子化 习题.docx

17.1 能量量子化习题

[目标定位] 1.知道热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律.2.知道普朗克提出的能量子假说．

一、黑体与黑体辐射

热辐射

(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体温度有关，所以叫热辐射．(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同．

黑体

定义：某种物体能够完全吸收入射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．

黑体辐射特点：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．

想一想 在火炉旁边有什么感觉？投入炉中的铁块颜色怎样变化？说明了什么问题？

答案 在火炉旁会感到热，这是由于火炉不断地向外辐射能量．投入炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色，这表明同一物体热辐射的强度与温度有关．

二、黑体辐射的实验规律

随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．

随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动．

想一想 你认为现实生活中存在理想的黑体吗？

答案 现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线(电磁波)，也都能吸收和反射红外线(电磁波)，绝对黑体不存在，是理想化的模型．

三、能量子

定义：普朗克认为，带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量值的整数

倍，这个不可再分的最小能量值 叫做能量子．

大小： ＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，数值h＝6.626×10－34

J·s(一般h取

6.63×10－34J·s)．

一、对黑体辐射规律的理解

一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．

黑体是指只吸收而不反射外界射来的电磁波的物体，由于黑体只进行热辐射，所以黑体辐射电

磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．3．黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．如图17－1－1所示．

图17－1－1

例1

图17－1－2

在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图17－1－2所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法正确的是()

A．TT

1 2

B．TT

1 2

C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动答案 AD

解析 一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发射的

面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体，黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关．实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值

向波长较短的方向移动．从图中可以看出，λλ，TT，本题正确选项为A、D.

1 2 1 2

借题发挥 随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加，当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．

针对训练1 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是

( )

答案 A

解析 随着温度的升高，辐射强度增加，辐射强度的极大值向着波长较短的方向移动，A正确，

B、C、D错误．

二、能量子的理解和ε＝hν的应用

1．物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态．2．在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化．

3．能量子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是电磁波的频率．

例2光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400nm～700nm.求400nm、700nm电磁辐射的能量子的值各是多少？

答案 4.97×10－19J 2.84×10－19J

c

解析 根据公式ν＝λ和ε＝hν可知：

＝c

＝

3.0×108

1400nm对应的能量子ε hλ

1

＝6.63×10－34× J

400×10－9

1

＝4.97×10－19J.

700nm对应的能量子ε

c

λ＝h ＝6.63×10－34×

λ

3.0×108

J

－2 700×10 9

－

2

＝2.84×10－19J.

借题发挥 (1)求解本题