13.5 能量量子化（课件）【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019必修第三册）

第十三章：第5节 能量量子化 高中物理必修第三册 制作：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理必修第三册 热辐射 能量子 能级 巩固提升 新课引入 01. 高中物理选择性必修第一册 19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律——能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，他们认为物理学已经发展到头了。 新课引入 02. 高中物理选择性必修第一册 于是，1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” —— 开尔文 但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云.” 两朵乌云 03. 高中物理选择性必修第一册 黑体辐射实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。 黑体辐射实验 光的速度 而关于黑体辐射的问题正是我们今天要学习的内容。 问题与思考 04. 高中物理选择性必修第一册 把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？ 热辐射 第一部分 高中物理必修第三册 热辐射 01. 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，所以叫作热辐射。物体在室温时，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。 随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。 高中物理必修第三册 问题提出 02. 常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。 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，会怎样？ 大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 高中物理必修第三册 黑体 03. 思考与讨论 一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？ 黑体：如果某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，这物体称为黑体。 近似黑体 研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。 黑体辐射 只与温度有关。 高中物理必修第三册 黑体辐射 04. 黑体辐射：对于一般材料的物体，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。 黑体辐射实验：随着温度的升高 各种波长的辐射强度都有增加； 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 0 1 2 3 4 1700K 1500K 1300K 1100K 辐射强度 能量子 第二部分 高中物理必修第三册 能量子 01. 1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设： 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……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为 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 微观 宏观 连续 分立的，量子化 高中物理必修第三册 宏观世界的连续性 借助于能量子的假说，普朗克得出的黑体辐射的强度按波长的分布公式，与实验符合的非常好。 能量子的观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同，例如，一个宏观的单摆，小球在摆动的过程中，受到摩擦阻力的作用，能量不断减小，能量的变化是连续的。而普朗克的假设则认为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。 能量子 02. 高中物理必修第三册 能量量子化假说的意义 03. 普朗克的能量子假设,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。成为物理学发展史上一个重大转折点; 普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征; 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。 高中物理必修第三册 爱因斯坦与光子 04. 光本身就是一个个不可分割的能量子，后来被叫做光子，其能量为： 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出： 能 级 第三部分 高中物理必修第三册 能级 01. 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（energy level）。 分立轨道 1 2 3 4 E4 E3 E2 E1 定态 跃迁 E4 E3 E2 E1 高中物理必修第三册 能级差 02. 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。 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。 氦原子光谱 高中物理必修第三册 量子力学与现代生活 03. 20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。 高中物理必修第三册 聆听宇宙 04. 宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。 高中物理必修第三册 奥斯特实验的意义 05. 总结提升 第五部分 课堂小结 高中物理必修第三册 黑体：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。 一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 热辐射 ε叫能量子，简称量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。 能量子 ε=hν h=6.626×10-34J/s。——普朗克常量 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叫作光子。 原子能量的量子化 能级 例题1 例题精选 01. 高中物理必修第三册 【参考答案】A 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．人的质量 C．物体的动能 D．物体的长度 例题2 例题精选 02. 高中物理必修第三册 【参考答案】ABD （多选）下列有关黑体和黑体辐射的说法中正确的是（　　）A．黑体的热辐射实际上是电磁辐射B．能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫做黑体C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与它的温度、材料的种类及表面状况有关D．黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波（包括可见光和不可见光） 例题3 例题精选 03. 高中物理必修第三册 【参考答案】BD （多选）某半导体激光器发射波长为1.5×10－6 m，功率为5.0×10－3 W的连续激光，已知可见光波长的数量级为10－7 m，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，该激光器发出的（　　）A．是紫外线B．是红外线C．光子能量约为1.3×10－13 JD．光子数约为每秒3.8×1016个 THANKS cqw (c) - cqw (c) - cqw (c) - cqw (c) - cqw (c) - Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$