量子化現(xiàn)象課件高二上學(xué)期物理粵教版

第六章

電磁現(xiàn)象與電磁波第5節(jié)

量子化現(xiàn)象能量量子化能量量子化掀起了物理學(xué)史上的一場革命，想象一下，能量不是連續(xù)流動，而是像珍珠項鏈一樣，只能以特定的“量子”存在。這不僅改變了我們對光和物質(zhì)的理解，還催生了量子計算機(jī)和激光技術(shù)。1.初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道量子論的主要內(nèi)容。2.知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，了解光的波粒二象性。3.知道玻爾原子理論基本假設(shè)的主要內(nèi)容。一、光是一種電磁波麥克斯韋19世紀(jì)60年代，麥克斯韋建立了電磁場理論?；谶@一理論，他預(yù)言電磁波的存在。麥克斯韋認(rèn)為：光是一種電磁波，它通過電場和磁場的相互激發(fā)可以在真空中傳播。赫茲1888年，赫茲用實驗證實了電磁波的存在，并且證明了電磁波和光一樣具有反射、折射、干涉和衍射等性質(zhì)。他還證明了電磁波的速度與光速相等。二、能量子假說我們知道，所有物體都發(fā)射出熱輻射，這種輻射就是電磁波常溫下我們看到不發(fā)光的物體顏色就是物體表面反射光所致。一個物體除了輻射外，物體表面還會反射外來的電磁波二、能量子假說1.黑體如果某物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體。（1）黑體不反射電磁波，但可以向外輻射電磁波。（2）黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與它的溫度有關(guān)。在現(xiàn)實生活中，若物體反射的電磁波遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輻射的電磁波時，我們就可以把他們當(dāng)成是黑體。生活中，哪些物體可以看作是黑體？遠(yuǎn)處的窗口煙煤遙遠(yuǎn)的恒星開孔的黑盒子射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面會發(fā)生多次反射和吸收，最終幾乎不能從小口射出反射的電磁波遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輻射的電磁波二、能量子假說1.黑體黑體輻射：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。黑體輻射實驗：隨著溫度的升高（1）各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；（2）輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。012341700K1500K1300K1100K輻射強(qiáng)度二、能量子假說2.黑體輻射實驗瑞利線維恩線為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學(xué)家普朗克進(jìn)行了多種嘗試。維恩和瑞利的理論解釋：（1）維恩公式：在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)則與實驗偏離很大。（2）瑞利公式：在長波區(qū)與實驗基本一致，但在短波區(qū)與實驗嚴(yán)重不符。二、能量子假說3.黑體輻射理論解釋1900年底，普朗克作出了這樣的大膽假設(shè)：能量的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行。每一份的能量等于ε，稱為能量子，它的大小為

是電磁波的頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為普朗克二、能量子假說4.能量子三、光子假說當(dāng)光照射在金屬上時，有時會有電子從金屬表面逸出，這種現(xiàn)象被稱為光電效應(yīng)，逸出的電子被稱為光電子。1.光電效應(yīng)觀察實驗，思考實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因光電效應(yīng)實驗視頻光本身就是一個個不可分割的能量子，后來被叫做光子，其能量為：愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：三、光子假說愛因斯坦進(jìn)一步實驗發(fā)現(xiàn)，用不同頻率的光去照射陰極時，發(fā)現(xiàn)光的頻率越高，光電子動能越大，頻率低于某一數(shù)值時，不論光的強(qiáng)度多大，都不能產(chǎn)生光電子。1.光電效應(yīng)三、光子假說2.光電效應(yīng)的解釋如果光子的能量大于電子脫離金屬表面所需的能量，則電子脫離金屬表面產(chǎn)生光電子，且光的強(qiáng)度越大，光子的數(shù)量越多，則產(chǎn)生的光電子也越多；否則，無論光的強(qiáng)度多大，都無法產(chǎn)生光電子。光照光子被電子所吸收一部分能量用來脫離金屬表面一部分能量是電子離開金屬表面時的動能四、光的波粒二象性光的干涉和衍射實驗表明，光是一種電磁波，具有波動性。光電效應(yīng)則表明，光在與物體相互作用時，光子表現(xiàn)出粒子性。我們把光的這種既具有波動性，又具有粒子性的性質(zhì)稱為光的波粒二象性五、原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論經(jīng)典理論認(rèn)為：電子在圍繞著原子核要向外輻射電磁波，電子因能量減少而最終落到原子核上。實際情況：原子是穩(wěn)定的經(jīng)典理論認(rèn)為：電子軌道變化是連續(xù)的，輻射電磁波頻率等于繞核運(yùn)動頻率，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)光譜。實際情況：原子光譜是不連續(xù)的，是線狀譜五、原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論1.軌道量子化玻爾認(rèn)為，電子繞原子核做圓周運(yùn)動，服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律，但軌道不能是任意的，只有半徑在符合一定條件時，這樣的軌道才是可能的，也就是說，電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的轉(zhuǎn)動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。玻爾（1）電子在不同軌道上運(yùn)動時能量是不同的，軌道的量子化勢必對應(yīng)著能量的量子化，這些量子化的能量值叫作能級。（2）這些具有確定的能量穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)；（3）能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài)；（4）原子只能處在一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中。（5）原子的能量：原子的能量值是核外電子繞原子核運(yùn)動時的動能與原子所具有的電勢能的總和。五、原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論2.能量量子化3.躍遷假設(shè)（頻率條件）（1）躍遷：原子由一個能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量態(tài)的過程稱為躍遷。（2）電子從高能級向低能級躍遷：庫侖力做正功，減小電勢能，原子的能量減少，要輻射出能量，這一能量以光子的形式放出。（3）電子從低能級向高能級躍遷：電子克服庫侖引力做功，增大電勢能，原子的能量增加，要吸收能量。五、原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論（4）當(dāng)電子從能量較高的定態(tài)軌道m(xù)躍遷到能量較低的定態(tài)軌道n時，會輻射出能量為hv的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hv=Em－En。反之會吸收光子。3.躍遷假設(shè)（頻率條件）五、原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論1.關(guān)于黑體及黑體輻射，下列說法正確的是（）A.黑體是真實存在的B.普朗克引入能量子的概念，得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元C.隨著溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度有些會增強(qiáng)，有些會減弱D.黑體輻射無任何實驗依據(jù)B2.2022年5月5日，我國成功利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，實現(xiàn)了地球上1200公里間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸，這次實驗的成功，意味著我國在量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)領(lǐng)域向前邁出了重要的一步。下列關(guān)于量子化的說法正確的是（

）A．愛因斯坦首先提出了“能量子”的概念

B．物體的長度是量子化的C．對于宏觀帶電物體，其電荷量是量子化的 D．能量子與電磁波的頻率成反比C3.下列關(guān)于玻爾的理論敘述錯誤的是（）A.原子中的電子繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，運(yùn)行軌道的半徑不是任意的，有特定的軌道B.玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的C.原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程，是吸收能量的過程D.玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征C1.光是一種電磁波2.能量子假說：能量的發(fā)射與吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行3.光子假說：當(dāng)光和物質(zhì)相互作