人教版高中物理选修3-5全册导学案17.1
第十七章波粒二象性17.1能量量子化【学习目标】1．知道什么是黑体与黑体辐射。
2．了解“紫外灾难”。
3．知道什么叫能量子及其含意。
重点：黑体辐射的实验规律能量量子化难点：黑体辐射的理解【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ε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ε叫做________，ε＝________，ν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＝________ J·s。
4.黑体与黑体辐射(1)热辐射①定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。
②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，可见光所占份额增大。
(2)黑体①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。
②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布有一个极大值。
(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②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】选修3-5【例1】黑体辐射的实验规律如图17－1－3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】．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εB．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400—700 nm、400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？【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λ，则这种介质的折射率为( )A.λE hB.λE chC.ch λED.h λE5．某激光器能发射波长为λ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.Pc hλB.hc λC.λP hcD.λc hP6．2006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10－3 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λm。
根据热辐射理论，λm与辐射源的绝对温度T的关系近似为Tλm＝2.90×10－3 m·K。
(1)老鼠发出最强的热辐射的波长为()A．7.8×10－5 mB．9.4×10－6 mC．1.16×10－4 mD．9.7×10－8 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D．X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1.4×10－3—1.6×10－3 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h＝6.6×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s。
结果取两位数字)9．神光“Ⅱ”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λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，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】4.97×10－19 J 2.84×10－19 J【解析】根据公式ν＝c λ和ε＝hν可知 400 nm 对应的能量子ε1＝h c λ1＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9J ＝4.97×10－19 J700 nm 对应的能量子ε2＝h c λ2＝6.63×10－34×3.0×108700×10－9J ＝2.84×10－19 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 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ε＝hν可知红光光子能量最小。
答案：A4. 解析：这种光的频率为ν＝E h ，则这种光在介质中的传播速度为v ＝νλ＝λE h。
所以这种光在这种介质中的折射率为n ＝c v ＝ch λE， 即C 选项正确。
答案：C5. 解析：每个激光光子的能量为ε＝h c λ，则激光器的发射功率为P ＝nε。
其中n 为激光器每秒钟发射的能量子数，所以n ＝λP hc，即C 选项正确。
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 ＝(273＋37) K ＝310 K由题设条件λm 与T 的近似关系式：λm T ＝2.90×10－3 m·K得λm ＝2.90×10－3T ＝2.90×10－3310m ≈9.4×10－6 m ，B 正确。
(2)可见光的波长范围4.0×10－7～7.0×10－7 m ，λm 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 ＝λν得ν＝c λ。
则求得频率范围为2.1×1011—1.9×1011Hz 。
又由E ＝hν得能量范围为1.4×10－22—1.3×10－22 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：2.1×1011Hz —1.9×1011Hz 1.4×10－22 J —1.3×10－22 J 平均动能增大9. 解析：每个激光光子的能量为ε＝h c λ，该紫外激光中所含光子数为 n ＝E ε＝ 2 4006.63×10－34× 3.0×1080.35×10－6个 ≈4.2×1021个。
答案：4.2×102110. 解析：据P ＝nhν，ν＝c λ，得 n ＝P hν＝1×10－36.63×10－34×3×108633×10－9≈3.2×1015(个)。
高中物理选修3-5：17.1_能量量子化_LI
T T
平行光管 三棱镜
2、辐射强度：
单位时间内从物体单位面积上所发射的 各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
辐射强度
发现：随温度的升高
①各种波长的辐射强 度都在增加； 。 ②绝对黑体的温度升 高时，辐射强度的最 大值向短波方向移动
3、经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
一朵令人不安的乌云
M 0 (T )
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射
热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸 收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这 时得到的辐射称为平衡热辐射。
思考与讨论2：一座建设中的楼房 还没安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处看窗内，你会发现什么？ 为什么？ 问题：3、什么是黑体？
二、黑体与黑体辐射
物体表面能够吸收和反射外 4 、一般的热辐射和黑体辐射的区别是什么？ 界射来的电磁波。 如果一个物体在任何温度下， 5、黑体的实验规律是什么？ 对任何波长的电磁波都完全吸收， 6 、维恩公式和瑞利公式与黑体辐射规律理解 而不反射与透射，则称这种物体 一致吗？ 为绝对黑体，简称黑体。
经典
量子
意义：（阅读书本p29）
Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变 化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧 观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只 能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。 这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开 创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律 的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量 子力学的诞生奠定了基础。
V
G
阳 极
A
K
阴 极
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。
【例3】对应于3.4×l0-l9J的能量子，其电磁辐 射的频率和波长各是多少？ •[解析] 根据公式ε=hν和ν=c/λ得 • ν=ε/h=5.13×1014Hz
高中物理选修3-5导学案第十七章 1
1能量量子化[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解黑体、热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的规律.2.了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．科学态度与责任：1.了解能量子概念的提出过程，体会物理学发展的艰辛.2.了解科学家探索微观世界规律的方法，培养热爱科学的科学态度与责任．一、黑体与黑体辐射1．热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，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而有所不同．2．黑体(1)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．(2)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．3．黑体辐射的实验规律(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加．(2)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．二、能量子1．定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，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一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)．3．能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．判断下列说法的正误．(1)黑体一定是黑色的物体．(×)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体．(√)(3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．(√)(4)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(√)(5)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，与材料的种类及表面状况无关．(√)一、黑体与黑体辐射1．对黑体的理解绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替．如图1所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体．图12．一般物体与黑体的比较3．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布有一个极大值．(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图2所示．图2例1热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量．在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图3所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ－λ图线可知，同一物体在不同温度下()图3A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动答案 D解析由Mλ－λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，波长范围增大．选项D正确，A、B、C错误．提示熟记黑体辐射的实验规律并结合图线变化分析判断此类问题．由辐射强度随波长的变化关系图象可知，温度升高时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．针对训练1关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波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．以上均不对答案 C解析黑体只能吸收电磁波，不能反射电磁波，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C正确，B、D错误．针对训练2(2019·辛集中学期中)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，黑体辐射的强度与波长的关系：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．由此规律可知应选A.二、能量子1．普朗克的量子化假设(1)能量子：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，例如可能是ε或2ε、3ε……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一份一份地辐射或吸收的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子公式：ε＝hνν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为h＝6.626×10－34 J·s. (3)能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．2.对能量量子化的理解(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．例2(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是()A．以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收B．辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C．吸收的能量可以是连续的D．辐射和吸收的能量是量子化的答案ABD解析带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子ε为单位一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项A、B、D正确，C错误．例3 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉．普朗克常量为6.63×10－34J·s ，光速为3×108 m/s ，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率约是( ) A ．2.3×10－18W B ．3.8×10－19W C ．7.0×10－10W D ．1.2×10－18W答案 A解析 察觉到绿光所接收的最小功率P ＝Et ，因只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，所以式中E ＝6ε，又ε＝hν＝h cλ，可解得P ＝6×6.63×10－34×3×1081×530×10－9 W ≈2.3×10－18 W.提示解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝nε＝Pt等公式．针对训练3“神光Ⅱ”装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(结果保留两位有效数字)答案 4.2×1021个解析每个激光光子的能量为ε＝h cλ，该紫外激光中所含光子数为n＝Eε＝2 4006.63×10－34×3.0×1080.35×10－6个≈4.2×1021个．1．(黑体辐射的规律)(多选)黑体辐射的实验规律如图4所示，由图可知()图4A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加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答案ACD解析由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，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．2．(对能量子的理解)(多选)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εB．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，因而是错误的答案BC解析由普朗克能量子假说可知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，A错误，B正确；能量子ε＝hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确．3．(能量子的理解及ε＝hν的应用)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1.4×10－3～1.6×10－3m，相应的频率范围是________，相应的光子能量的范围是______________．(已知普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空中的光速c＝3.0×108m/s.结果取两位有效数字)答案 1.9×1011～2.1×1011Hz 1.3×10－22～1.4×10－22J解析 由c ＝λν得ν＝c λ，则求得频率范围为1.9×1011～2.1×1011Hz.又由ε＝hν得能量范围为1.3×10－22～1.4×10－22J.一、选择题考点一黑体辐射的理解和应用1．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色就是物体辐射电磁波的颜色答案 B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，对于一般材料的物体，辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外，还与材料的种类和表面状况有关；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色．2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确答案 A解析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，A对．3．(多选)2006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．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是() A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体的热辐射实质上是电磁辐射D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说答案ACD解析根据热辐射的定义知，A正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B错误；普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，他认为辐射或吸收的能量是一份一份的，每一份是一个能量子，黑体辐射实质上是电磁辐射，故C、D正确．4.(多选)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度．如图1所示就是黑体的辐射强度与波长的关系图象，则下列说法正确的是()图1A．T1>T2B．T1<T2C．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解析黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关，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．从题图中可以看出，λ1<λ2，T1>T2，本题正确选项为A、D.5．红外线热像仪可以监测人的体温，被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的是()A．人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人的体温B ．仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C ．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较短波长的成分多D ．被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关，温度高时辐射强且较长波长的成分多答案 C解析 根据辐射规律可知，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波长较短的方向移动．人的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温，C 正确． 考点二 能量子的理解和应用6．普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是( )A ．人的个数B ．物体所受的重力C ．物体的动能D ．物体的长度 答案 A解析 依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不连续的，一份一份”特征的是A 选项，故A 正确，B 、C 、D 错误．7．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c ，普朗克常量为h ，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A ．h c λB.h λC.c hλD ．以上均不正确 答案 A解析 由波速公式c ＝λν可得：ν＝c λ，由光的能量子公式得ε＝hν＝h c λ，故选项A 正确． 8．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P ，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为( )A.λP hcB.hP λcC.cPλhD ．λPhc 答案 A9．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J ，已知可见光的平均波长约为0.6 μm ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，则进入人眼的能量子数大约为( )A ．1个B ．3个C ．30个D ．300个答案 B解析 可见光的平均频率ν＝c λ， 能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E ＝nε，联立可得n ≈3，B 正确．10．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37 ℃，它发出的最强的热辐射的波长为λ.根据热辐射理论，λ与辐射源的绝对温度T 的关系近似为Tλ＝2.9×10－3 m·K ，则老鼠发出的最强的热辐射的波长为( )A ．7.8×10－5 mB ．9.4×10－6 mC ．1.1×10－4 mD ．9.7×10－8 m 答案 B解析 由Tλ＝2.9×10－3 m·K 可得，老鼠发出最强的热辐射的波长为λ＝2.9×10－3 m·K T＝2.9×10－3273＋37m ≈9.4×10－6 m ，B 正确． 二、非选择题11．某广播电台的发射功率为10 kW ，发射的是在空气中波长为187.5 m 的电磁波，则：(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3×108 m/s)(1)该电台每秒从天线发射多少个能量子？(2)若发射的能量子在以天线为球心的同一球面上的分布视为均匀的，求在离天线2.5 km 处，直径为2 m 的球状天线每秒接收的能量子数以及接收功率．答案 (1)9.4×1030个 (2)3.76×1023个 4×10－4 W解析 (1)每个能量子的能量ε＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3×108187.5 J ≈1.06×10－27 J 则每秒电台发射上述波长能量子数N ＝Pt ε≈9.4×1030个 (2)设球状天线每秒接收能量子数为n ，以电台发射天线为球心，则半径为R 的球面积S ＝4πR 2，而球状天线的有效接收面积S ′＝πr 2，所以n ＝N S ′S ＝N r 24R 2＝9.4×1030×124×(2.5×103)2个＝3.76×1023个＝3.76×1023×1.06×10－27 W≈4×10－4 W. 接收功率P收＝nεt。
人教版高中物理选修3-5学案设计-第十七章第一、二节能量量子化光的粒子性
第十七章波粒二象性〔情景切入〕1990年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设：粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。
这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。
光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。
〔知识导航〕本章内容涉及微观世界中的量子化现象。
首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点，进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念，经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。
本章内容可分为三个单元：(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元(第四～五节)介绍了概率波和不确定性关系。
本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。
本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。
〔学法指导〕1．重视本章实验的理解。
本章知识理论性很强，涉及的新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得那么抽象。
2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。
人类认识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又提出新的理论。
光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子，但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波——电磁波，同时光也是一种粒子——光子。
也就是说光具有波粒二象性。
光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。
3．学习本章知识会用到以前学过的知识，如光的干涉、衍射，弹性碰撞、动量定理和动能定理等，因此可以有针对性地复习过去的这些知识，对顺利学习本章内容会有帮助。
2021-2022高二物理人教版选修3-5导学案：第十七章 1 能量量子化 Word版含答案
学案1能量量子化[目标定位] 1.了解黑体辐射的试验规律.2.了解能量子的概念及其提出的科学过程.3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点．一、黑体与黑体辐射[问题设计]1．我们四周的物体都在进行热辐射．为什么我们只能观看到部分物体的热辐射？答案不同物体辐射的电磁波的波长不同，波长较长的电磁波不能引起人的视觉，波长在某范围内的电磁波才能引起人的视觉．2．争辩热辐射的规律时，为什么人们特殊留意黑体辐射？答案一般材料的物体，辐射电磁波的状况与温度和材料的种类及表面状况有关，而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．[要点提炼]1．热辐射：我们四周的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．2．黑体：假如某种物体能够完全吸取入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是确定黑体，简称黑体．3．物体辐射出的电磁波与物体的温度有关．室温下辐射的电磁波的波长较长，不能引起人的视觉，随着温度的上升，热辐射中较短波长的成分越来越强．因此辐射强度按波长的分布状况随物体的温度有所不同．4．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．二、黑体辐射的试验规律1．黑体辐射的试验规律：随着温度的上升，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1所示．图12．对黑体辐射的解释：维恩公式在短波区与试验格外接近，在长波区则与试验偏离很大；瑞利公式在长波区与试验基本全都，但在短波区与试验严峻不符．由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”．三、能量子[问题设计]微观粒子的能量是否同宏观物体的能量一样，具有连续性？答案微观粒子的能量是分立的，而不是连续的．[要点提炼]1．定义：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，所辐射或吸取的能量是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸取的．这个不行再分的最小能量值ε叫做能量子．2．大小：不行再分的最小能量值ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626×10－34J·s.一、黑体辐射规律例1关于对黑体的生疏，下列说法正确的是()A．黑体只吸取电磁波，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．假如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取，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析黑体自身辐射电磁波，不肯定是黑的，故选项A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体。
人教版高中物理选修3-5学案：第十七章学案3、4、5(1)(1)
人教版高中物理选修3-5学案：第十七章学案3、4、5(1)(1)4 概率波5 不确定性关系[学习目标] 1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.了解德布罗意波和概率波，知道它们都遵循统计规律.3.会用不确定性关系的公式分析简单问题．一、光的波粒二象性[导学探究] (1)什么现象体现出了光的波动性？什么现象体现了光的粒子性？(2)光的波动性和粒子性矛盾吗？答案(1)大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．(2)不矛盾，光具有波粒二象性．[知识梳理]1．光的波粒二象性(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．2．对光的波粒二象性的理解(1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．(填“大量”或“个别”)(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．(填“粒子”或“波动”)(3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．(4)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．[即学即用] 有关光的本性，下列说法正确的是( )A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．光只有波动性，无粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案D解析19世纪初，人们成功地在实验室中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释这些现象；但19世纪末又发现了光电效应，这种现象波动说不能解释，证明光具有粒子性，因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但光不同于宏观的机械波和粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是两个不同侧面，不同属性，我们无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，选项D正确．二、物质波概率波[导学探究] 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识．答案波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测．[知识梳理] 对物质波的认识1．任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波．物质波波长、频率的计算公式为λ＝，ν＝.2．我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．3．德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．4．物质波的实验验证(1)1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，从而证实了电子的波动性．(2)人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确．5．物质波也是一种概率波．[即学即用] (多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是( )A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．宏观物体和微观粒子都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显答案BD解析一切运动的物体都有一种物质性与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A错误，B正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，由λ＝＝知电子的物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D正确．三、不确定性关系[知识梳理]1．微观粒子运动的基本特征：不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，这种关系叫做不确定性关系．微观粒子的运动状态只能通过概率做统计性的描述．2．单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板前粒子的位置具有不确定性，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确定的，即通过挡板后粒子的动量具有不确定性．3．微观粒子运动的位置不确定量Δx和动量的不确定量Δp的关系式为Δx·Δp≥，其中h是普朗克常量．4．不确定性关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即Δx更小)，那么动量的测量一定会更不准确(即Δp更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动．[即学即用] 从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是( )A．入射的粒子有确定的动量，射到屏上粒子就有准确的位置B．狭缝的宽度变小了，因此粒子的不确定性也变小了C．更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了D．可以同时确定粒子的位置和动量答案C解析由ΔxΔp≥知，狭缝变小了，即Δx减小了，Δp变大，即动量的不确定性变大，故C正确，A、B、D错误.一、对光的波粒二象性的认识例1 (多选)对光的认识，以下说法中正确的是( )A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．高频光是粒子，低频光是波C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.答案AD总结提升1．理解光的波粒二象性是光的本性．2．知道哪些现象体现出光的波动性，哪些现象体现出光的粒子性．二、对物质波的理解例2 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( )A．光波是一种物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错．只有C项正确．答案C例3 电子经电势差为U＝200 V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31 kg，求此电子的德布罗意波长．解析已知m0v2＝Ek＝eUp＝hλEk＝p22m0所以λ＝＝h2em0U把U＝200 V，m0＝9.1×10－31 kg，代入上式解得λ≈8.69×10－2 nm.答案8.69×10－2 nm归纳总结德布罗意波长的计算(1)首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p＝计算其动量．(2)再根据λ＝计算德布罗意波长．(3)需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理．三、对概率波的理解例4 (多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果下列认识正确的是( )A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B．单个光子的运动表现出波动性C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．只有大量光子的行为才能表现出波动性解析光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达)．故C、D选项正确．答案CD归纳总结解决本题的关键是要明确对概率波的认识，知道概率波的规律就是统计规律，单个光子是不能确定落在哪个点上的，我们只能得到大量光子的落点区域．四、对不确定性关系的理解例5 质量为10 g的子弹与电子的速率相同，均为500 m/s，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？(电子质量为m＝9.1×10－31kg，结果保留三位有效数字)解析测量准确度也就是速度的不确定性，故子弹、电子的速度不确定量为Δv＝0.05 m/s，子弹的动量的不确定量Δp1＝5×10－4 kg·m/s，电子动量的不确定量Δp2≈4.6×10－32 kg·m/s，由Δx≥，子弹位置的最小不确定量Δx1＝m≈1.06×10－31 m，电子位置的最小不确定量Δx2＝m≈1.15×10－3 m.答案 1.06×10－31 m 1.15×10－3 m规律总结理解不确定性关系时应注意的问题(1)对子弹这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的．(2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态．1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往表现出粒子性答案C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误．虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以B错误．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C正确，D错误．2．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确．3．(多选)利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是( )A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案AB解析得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式λ＝hp而动量p＝＝2meU两式联立得λ＝，B正确；由公式λ＝可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显．故C、D错误．4．(多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥有以下几种理解，正确的是( )A．微观粒子的动量不可确定B．微观粒子的位置不可确定C．微观粒子的动量和位置不可同时确定D．不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体答案CD解析本题主要考查对不确定性关系ΔxΔp≥的理解，不确定性关系表示位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性更小时，粒子动量的不确定性更大；反之亦然，故不能同时准确确定粒子的位置和动量，不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略，故C、D正确．一、选择题(1～5为单选题，6～10为多选题)1．关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是( )A．光子和电子一样都是实物粒子B．光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象C．光子和电子都具有波粒二象性D．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性答案C解析物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性．综上所述，C选项正确．2．下列说法中正确的是( )A．质量大的物体，其德布罗意波长小B．速度大的物体，其德布罗意波长小C．动量大的物体，其德布罗意波长小D．动能大的物体，其德布罗意波长小答案C解析由德布罗意假说知德布罗意波长λ＝，式中h为普朗克常量，p为运动物体的动量，可见p越大，λ越小；p越小，λ越大．故C正确，A、B、D错误．3．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．( )A．速度B．动能C．动量D．总能量答案C解析根据德布罗意波长公式p＝，因此选C.4．关于物质波，下列说法正确的是( )A．速度相等的电子和质子，电子的波长长B．动能相等的电子和质子，电子的波长短C．动量相等的电子和中子，中子的波长短D．甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍答案A解析由λ＝可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p＝可知，电子的动量小，波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的，D错误．5．如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )图1A．只能证明光具有波动性B．只能证明光具有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光具有波粒二象性答案D 解析弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确．6．关于波的波粒二象性，说法正确的是( )A．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性答案ABD 解析光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性，故A、B、D正确．7．以下说法中正确的是( )A．光波和物质波都是概率波B．实物粒子不具有波动性C．光的波动性是光子之间相互作用引起的D．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定答案AD 解析光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A、D正确，B错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，C错误．8．电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是( ) A．氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C．电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的D．电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置答案CD 解析微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没有意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D正确．9．在单缝衍射实验中，从微观粒子运动的不确定性关系可知( )A．缝越窄，粒子位置的不确定性越大B．缝越宽，粒子位置的不确定性越大C．缝越窄，粒子动量的不确定性越大D．缝越宽，粒子动量的不确定性越大答案BC 解析由不确定性关系ΔxΔp≥知缝越宽，粒子位置的不确定性越大，则动量的不确定性越小，反之亦然，因此选项B、C正确．10．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为 1 MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知( )A.B．无线电波通常只能表现出波动性C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D．只有可见光才有波粒二象性答案ABC解析弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知，D错误．二、非选择题11．有一颗质量为5.0 kg的炮弹．(1)当其以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长是多大？(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长是多大？(3)若要使它的德布罗意波长与波长为400 nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？答案(1)6.63×10－37 m (2)4.42×10－43 m(3)3.315×10－28 m/s解析(1)炮弹的德布罗意波长为λ1＝＝＝ m＝6.63×10－37 m.(2)它以光速运动时的德布罗意波长为λ2＝＝＝ m＝4.42×10－43 m.(3)由λ＝＝得v3＝＝ m/s＝3.315×10－28 m/s.12．已知＝5.3×10－35 J·s，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况．(1)一个球的质量 m＝1.0 kg，测定其位置的不确定量为10－6 m.(2)电子的质量me＝9.1×10－31 kg，测定其位置的不确定量为10－10 m.答案见解析解析(1)由Δx·Δp≥得：球的速度测定的不确定量Δv≥＝ m/s＝5.3×10－29 m/s这个速度不确定量在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论．(2)原子中电子的速度测定的不确定量Δv≥＝ m/s≈5.8×105 m/s这个速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理．。
人教版高中物理选修3-5课件第十七章学案1-学案2
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新人教版高中物理选修3-5全套学案
新人教版高中物理选修全册导学案目录【课题】§16.1 实验:探究碰撞中的不变量导学案【学习目标】(1)明确探究碰撞中的不变量的基本思路;(2)掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法;(3)掌握实验数据处理的方法。
【自主探究】1.光滑桌面上有1、2两个小球。
1球的质量为0.3Kg,以8m/s的速度跟质量为0.1kg的静止的2球碰撞,碰撞后2球的速度变为9m/s,1球的速度变为5m/s,方向与原来相同。
根据这些数据,以上两项猜想是否成立:(1)通过计算说明,碰撞后是否是1球把速度传给了2球?(2)通过计算说明,碰撞后是否是1球把动能传给了2球?(3)请根据实验数据猜想在这次碰撞中什么物理量不变,通过计算加以验证。
6.水平光滑桌面上有A、B两个小车,质量分别是0.6k g和0.2kg.A车的车尾拉着纸带,A车以某一速度与静止的B车发生一维碰撞,碰后两车连在一起共同向前运动.碰撞前后打点计时器打下的纸带如图所示.根据这些数据,请猜想:把两小车加在一起计算,有一个什么物理量在碰撞前后是相等的?【典型例题】A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞碰撞时间极短。
用闪光照相,闪光4次摄得的闪光照片如下图所示。
已知闪光的时间间隔为Δt,而闪光本身持续时间极短,在这4次闪光的瞬间,A、B两滑块均在0-80cm刻度范围内,且第一次闪光时,滑块A恰好通过x55cm处,滑块B恰好通过x70cm处,问: 1碰撞发生在何处2碰撞发生在第一次闪光后多长时间 3设两滑块的质量之比为mA:mB2:3,试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等?【问题思考】在探究碰撞中的不变量时,你认为在计算时怎样对待速度的方向?【针对训练】1.在“探究碰撞中的不变量”的实验中,为了顺利地完成实验,入射球质量为m1,被碰球质量为m2,二者关系应是A.m1m2B.m1m2C. m1m2D.以上三个关系都可以2两球相向运动,发生正碰,碰撞后两球均静止,于是可以断定,在碰撞以前A.两球的质量相等B.两球的速度大小相同C.两球的质量与速度的乘积之和的大小相等D.以上都不能断定,3.在“探究验证”的实验一中,若绳长L,球1、2分别由偏角α和β静止释放,则在最低点碰撞前的速度大小分别为________、_________。
17.1高中物理选修3-5导学案
第十七章波粒二象性17.1能量量子化【教学目标】1．知道什么是黑体与黑体辐射。
2．了解“紫外灾难”。
3．知道什么叫能量子及其含意。
重点：黑体辐射的实验规律能量量子化难点：黑体辐射的理解【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ε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ε叫做________，ε＝________，ν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＝________ J·s。
4.黑体与黑体辐射(1)热辐射①定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。
②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，可见光所占份额增大。
(2)黑体①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。
②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布有一个极大值。
(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②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17－1－3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】．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εB．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400—700 nm、400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少？【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λ，则这种介质的折射率为( )A.λEh B.λE ch C.chλED.h λE5．某激光器能发射波长为λ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.Pchλ B.hc λ C.λPhcD.λc hP6．2006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。
高中物理人教版选修3-5 17.1《能量量子化》教案设计
能量量子化教学目标（一）知识与技能1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系3．了解能量子的概念（二）过程与方法了解微观世界中的量子化现象。
比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
教学重点能量子的概念教学难点黑体辐射的实验规律教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具投影片，多媒体辅助教学设备课时安排1 课时教学过程（一）引入新课教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。
）19世纪末，物理学家中普遍在在一种乐观情绪，认为对复杂纷纭的物理现象的本质的认识已经完成。
他们陶醉于17世纪建立起来的力学体系，19世纪建立起来的电动力学及热力学和统计物理学。
J. C. Maxwell于1871年在剑桥大学就职演说中提到“在几年中，所有重要的物理常数将被近似地估算出来，给科学界人士留下来的只是提高这些常数的观测值的精度”。
然而，自然科学总是在不断地发展。
在充满喜悦的气氛中，一些敏锐的物理学家已逐渐认识到经典物理学中潜伏着的危机。
20世纪伊始，W. Thomson就指出：经典物理学的上空悬浮着两朵乌云。
第一团乌云涉及电动力学中的“以太”。
第二团则涉及物体的比热，即观测到的物体比热总是低于经典物理学的能量均分定理给出的值。
（二）讲授新课黑体与黑体辐射讲述热辐射与物体的温度有关。
播放有关热辐射现象与温度关系的视频。
如果某种物质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。
黑体辐射的实验规律Wien公式并非与所有的实验数据符合得那样好，几位实验物理学家指出，在长波波段，Wien公式与实验有明显偏离。
这促使Plank去改进Wien公式，结果得到了一个相比之下，与实验符合更好，且更为简单的公式。
人教版高中物理选修3-5教案(全册)
物理选修3-5教案第十六章 动量和动量守恒定律 16．1 动量守恒定律（一）1．动量及其变化（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。
记为p=mv . 单位：kg ·m/s 读作“千克米每秒”。
①矢量性：动量的方向与速度方向一致。
动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。
（2）动量的变化量：定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p 和p ′，则称：△p= p ′－p 为物体在该过程中的动量变化。
强调指出：动量变化△p 是矢量。
方向与速度变化量△v 相同。
一维情况下：Δp =m Δυ= m υ2- m Δυ1 矢量差 2．系统 内力和外力（1）系统：相互作用的物体组成系统。
（2）内力：系统内物体相互间的作用力 （3）外力：外物对系统内物体的作用力 3．动量守恒定律（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。
这个结论叫做动量守恒定律。
公式：m 1υ1+ m 2υ2= m 1υ1′+ m 2υ2′（2）注意点：① 研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）。
② 矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向； ③ 同一性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）④ 条件：系统不受外力，或受合外力为0。
要正确区分内力和外力；当F 内＞＞F 外时，系统动量可视为守恒；16．2动量守恒定律（二） 1．分析动量守恒定律成立条件有： 答：①F 合=0（严格条件） ②F 内 远大于F 外（近似条件）③某方向上合力为0，在这个方向上成立。
22112211v m v m v m v m '+'=+ 这就是动量守恒定律的表达式。
2．应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法（1）分析题意，明确研究对象。
在分析相互作用的物体总动量是否守恒时，通常把这些被研究的物体总称为系统.对于比较复杂的物理过程，要采用程序法对全过程进行分段分析，要明确在哪些阶段中，哪些物体发生相互作用，从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的。