教 过 程 环节 学生要解决的问题或任务 教师教与学生学 学 ] 　　一、第二朵"乌云"--"紫外灾难"

　　1．热辐射现象：物体在任何温度下都会发射电磁波，温度不同，所发射电磁波的频率、强度也不同。物体温度较低时，热辐射的波长主要落在红外区域，当温度升高时，辐射的可见光所占份额增大。

　　2．黑体：是指能够完全吸收投射到其表面的电磁波而不发生反射的物体，又叫绝对黑体。

　　3．黑体辐射的实验规律

　　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，如图所示。

　　由图可以看出：

　　（1）随着温度的升高，黑体辐射各种波长电磁波的辐射本领都增大；

　　（2）随着温度的升高，辐射本领的极大值向波长较短的方向移动。

　　4．紫外灾难

　　如图所示，维恩公式只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验相差很大；瑞利公式是在长波部分与实验吻合，但短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于零时，辐射本领将趋于无穷大，显然这是荒谬的。

　　交流1

　　在莎士比亚的喜剧《威尼斯的商人》中，高利贷者夏洛克对什么东西都贪得无厌，人们说他是个"黑心人"，夏洛克贪的是金钱。那么"黑体"贪的是什么呢？黑体一定是黑色的吗？

　　答案："黑体"贪的是电磁波　黑体不一定是黑色的。

　　二、普朗克假设驱"乌云"

　　1．能量量子化假说：黑体的空腔壁是由大量振子组成的，其能量只能是某一最小能量值hν的整数倍。

　　2．能量子：黑体振子辐射或吸收的能量是不连续的，每一份最小能量hν叫能量子，其中ν是振子的频率，h是普朗克常量，且h＝6.63×10－34 J·s。

　　交流2

　　用温度计测量水的温度时，我们观察到温度计的示数是连续变化的，而不是一段一段跃变的，这和能量量子化矛盾吗？

　　答案：不矛盾。能量量子的值很小，在宏观世界里观察不到量子效应，可以认为能量是连续变化的，故温度计示数连续变化。在微观世界必须利用能量量子化理论。

　　一、"紫外灾难"的分析

　　下面是维恩公式和瑞利公式对照的表格。

维恩公式 瑞利公式 理论依据 经典热力学理论 经典电磁理论 成功之处 在短波部分与实验吻合 在长波部分与实验吻合 。 。 ] 不足之处 在长波部分误差明显 在短波部分误差明显 　　请你分析说明，维恩理论和瑞利理论为什么都不能很好地解释黑体辐射的规律？

　　答案：维恩和瑞利都是利用经典理论得出的结论解释黑体辐射，都认为能量是连续的，而黑体辐射能量是不连续的，是量子化的。

　　能正确解释黑体辐射实验规律的是（　　）。

　　A．能量的连续经典理论

　　B．普朗克提出的能量量子化理论

　　C．牛顿提出的能量微粒说

　　D．以上三种理论体系任何一种都能解释

　　答案：B

　　解析：根据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本领都增加；另一方面，辐射本领的极大值向波长较短的方向移动，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到较满意的解释，故B正确。

　　1．维恩理论和瑞利理论都只能从一个侧面解释黑体辐射实验规律，是因为他们都是用经典的物理理论做指导的。

　　2．普朗克引入了"能量量子化"，吻合了微观领域的能量辐射的特点，因而可以较好地解释黑体辐射实验规律。

　　二、普朗克量子公式的应用

　　如果知道电磁波的波长，我们怎样计算出它的能量量子值？

　　答案：可以先用公式c＝λν求出电磁波的频率ν＝，然后再利用E＝hν求电磁波的能量量子值。 学 ]

　　神光"Ⅱ"装置是我国规模最大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＝0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？

　　答案：4.23×1021 个

　　解析：紫外线的波长已知，由此可求得紫外线能量子的值，再根据激光发射的总能量为2 400 J，即可求得紫外激光所含光子数。

　　紫外激光能量子的值为E0＝＝ J＝5.68×10－19 J

　　则该紫外激光所含光子数n＝＝＝4.23×1021 个。

　　1．光的颜色决定于光的频率，要会根据光的频率判断光的颜色。

　　2．能把电磁波的波长、频率跟能量子公式结合起来，即熟练掌握ε＝Pt＝nE、E＝hν、c＝λν（P为发射功率，t为发射时间，ε为总能量）。

　　1．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：根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素得，其只与温度有关。

　　2．普朗克常量是自然界的一个基本常数，它的数值是（　　）。

　　A．6.02×10－23 mol B．6.625×10－3 mol·s

　　C．6.626×10－34 J·s D．1.38×10－16 mol·s

　　答案：C

　　解析：普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.626×10－34J·s，在记忆时关键要注意它的单位。

　　3．以下宏观概念，哪些是"量子化"的（　　）。

　　A．木棒的长度 B．物体的质量

　　C．物体的动量 D．学生的个数

　　答案：D

　　解析：所谓"量子化"应该是不连续的，一份一份的，故选项D正确。

　　4．单色光从真空射入玻璃时，它的（　　）。

　　A．波长变长，速度变小，光量子能量变小

　　B．波长变短，速度变大，光量子能量变大

　　C．波长变长，速度变大，光量子能量不变

　　D．波长变短，速度变小，光量子能量不变

　　答案：D

　　解析：因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率n＝＝可知，光的速度变小，波长变短。

　　5．一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与________有关。

　　答案：材料的种类及表面状况

　　解析：根据实验得出结论，一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料和材料的表面状况有关。