13.5 能量量子化 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

第十三章 电磁感应与电磁波初步 第5节 能量量子化 变化的电场产生磁场 变化的磁场产生电场 不均匀变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化电场……于是，变化的电场和变化磁场交替产生，由近及远地传播。 知识回顾 —— 麦克斯韦的电磁场理论 一切物体内部存在不停运动的带电微粒，这种带电微粒的振动，会产生变化的电磁场，向外辐射电磁波。 1.定义: 我们周围一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关， 所有把物体这种辐射电磁波的现象叫作热辐射。 一、热辐射 2. 原因: 物体分子无规则运动，辐射电磁波。 1. 定义: 我们周围一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关， 所有把物体这种辐射电磁波的现象叫作热辐射。 一、热辐射 2. 原因: 物体分子无规则运动，辐射电磁波。 3. 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。 当温度升高时，热辐射中波长较短的电磁波的成分越来越多。 （各种波长都有） 常温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。 二、黑体 除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。如果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，我们就将其称为黑体。 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， 这种物体就叫作黑体。 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 一个黑体; 远处建筑物上小小的窗口看起看来很黑就 是这个道理，他们都可以近似看成一个黑体。 二、黑体 2. 对黑体的理解: 黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。 3. 黑体辐射特点: 黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关. 一般的物体的热辐射，除了与物体的温度有关，还与材料的种类和表面的情况有关。 因为黑体不反射电磁波，因此黑体的热辐射与黑体的表面无关，只与黑体的温度有关。（更简单,有强的研究价值） 三、能量子 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叫作能量子。 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)。 微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的。这种现象叫能量量子化。 物理学家用经典电磁理论解释黑体辐射实验规律时遇到了严重的困难。1900 年底，普朗克作出了这样的大胆假设：【普朗克能量子假说】 宏观物体的能量是连续的；微观粒子的能量是量子化的。 区别“连续”和“量子化” 对于坡道: 高度的变化是连续的； 对于楼梯: 高度的变化是不连续的(量子化的)。 爱因斯坦光子说 受到普朗克能量子假设的启发，年轻的爱因斯坦认为电磁场本身就是不连续的。也就是说光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的。这些能量子后来被称为光子。( 频率为ν的光子的能量为 ε＝hν ） 四、能级 1. 能级: 微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。 2. 由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 解释: 通常情况下，原子处于能量最低