【課件】新教材高中物理第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步5能量量子化課件新人教版必修3

5.能量量子化

把鐵塊投進(jìn)火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會(huì)慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會(huì)有這樣的變化呢？1.知道光的能量是不連續(xù)的。2.初步了解微觀世界的量子化特征。1.了解熱輻射，知道熱輻射與溫度之間的關(guān)系。2.知道普朗克的能量子假說。3.知道原子中的能級(jí)結(jié)構(gòu)。（物理觀念）（物理觀念）（物理觀念）

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1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(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。”

(開爾文)

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？黑體輻射實(shí)驗(yàn)后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)黑體輻射實(shí)驗(yàn)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)普朗克量子力學(xué)的誕生相對(duì)論問世量子力學(xué)相對(duì)論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)一、熱輻射

我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中波長(zhǎng)較短的成分越來越強(qiáng)。

隨著溫度的升高，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。思考與討論

一座建設(shè)中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內(nèi)已粉刷，如果從遠(yuǎn)處觀察，把窗內(nèi)的亮度與樓外墻的亮度相比，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？黑體：如果某物體能夠完全吸收入射各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體近似黑體

研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。黑體輻射只與溫度有關(guān)。24λμm1700K1500K1100K黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)結(jié)論:1.溫度越高,輻射強(qiáng)度越大。2.與最大輻射強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。輻射強(qiáng)度1300Kε=hν不可再分的最小能量值ε叫做能量子3：能量微觀宏觀h=6.626×10-34J.s能量只能是最小能量值ε的整數(shù)倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)1：能量子2：量子數(shù)連續(xù)分立的，量子化的兩種理論:維恩公式:短波適合;長(zhǎng)波不符合瑞利公式:長(zhǎng)波適合;短波荒唐紫外災(zāi)難普朗克理論:

在發(fā)射和吸收能量的時(shí)候，不是連續(xù)不斷，而是分成一份一份的。能量是h

的整數(shù)倍。

最小能量為:ε=h

是波的頻率實(shí)驗(yàn)瑞利公式維恩公式黑體輻射理論解釋普朗克理論值ε=hν不可再分的最小能量值ε叫做能量子3.能量微觀宏觀h=6.626×10-34J.s能量只能是最小能量值ε的整數(shù)倍，即：ε,1ε,2ε,3ε,...nε.n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)1.能量子2.量子數(shù)連續(xù)分立的，量子化的二、能量子

年輕的愛因斯坦認(rèn)識(shí)到了普朗克能量子假設(shè)的意義，他把能量子假設(shè)進(jìn)行了推廣，認(rèn)為電磁場(chǎng)本身就是不連續(xù)的。也就是說，光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子.例1.下列敘述正確的是（）A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波ACD24λμm1700K1500K1100K1300K輻射強(qiáng)度例2.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖,由圖可知(

)A．隨溫度升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加B．隨溫度降低，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加C．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)溫度越高,輻射強(qiáng)度越大ACD溫度越高最大輻射強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)例3.氦—氖激光器發(fā)出波長(zhǎng)為633nm的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為1mW時(shí)，每秒發(fā)出的光子數(shù)為(

)A．2.2×1015

B．3.2×1015C．2.2×1014D．3.2×1014B三、能級(jí)

微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級(jí)（energylevel）。

原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線.黑體熱輻射定義：原子的能量是量子化的，這些量子化能量值叫作能級(jí)能級(jí)躍遷原子光譜：原子的光譜是一些分立的亮線能量子德國(guó)物理學(xué)家普朗克最早提出量子假說物體中不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒產(chǎn)生只吸收不反射電磁波黑體輻射問題光子愛因斯坦發(fā)展此理論提出能級(jí)1.（多選）下列敘述正確的是（

）A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波ACD2.