13.5能量量子化-【大单元教学】高二物理同步备课系列（人教版2019必修第三册）

第5节 能量量子化 人教版（2019） 物理（必修第三册） 张二朝 第十三章 电磁感应与电磁波初步 学习目标 1.了解黑体辐射及其研究的历史脉络，感悟以实验为基础的科学探究方法。 2.了解能量子的概念及其提出的过程，领会这一科学概念的创新性突破中蕴含的伟大科学思想。 3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立极大地丰富和深化了人们对于物质世界的认识。 课堂引入 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。 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 但开尔文毕竟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，……” 课堂引入 课堂引入 这两朵乌云是指什么呢？ 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。 黑体辐射实验 迈克尔逊-莫雷实验 课堂引入 普朗克量子力学的诞生 相对论问世 这两朵乌云到底是什么回事呢？ 量 子 力 学 相 对 论 微 观 领 域 高 速 领 域 经 典力 学 课堂引入 　　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？ 为什么会有这样的变化呢？ 一、热辐射 1. 定义：一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫做热辐射。 固体在温度升高时颜色的变化 1400 K 800 K 1000 K 1200 K 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色。 常温时，物体热辐射的波长较长，不能引起人的视觉。随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块发光的颜色在不断发生变化，波长较短的成分越来越强。 一、热辐射 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。 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。 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？什么情况下可以这样？ 一、热辐射 一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？ 一、热辐射 2.黑体：如果某种物体能够完全吸收入射各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体。 3.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。 4.特点：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度升高，电磁波的短波成分增加。 黑体模型 （1）黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。 （2）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; （3）有些物体有较强的辐射,看起来还会很明亮也有时被看作黑体来处理。 5.说明： 一、热辐射 特点：随温度的升高 ①各种波长的辐射强度都在增加； ②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。 （4）黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。 一、热辐射 二、能量子 实验 瑞利线 维恩线 2.瑞利—金斯公式: 长波符合，短波荒唐。 ——紫外灾难 为了得出同实验相符的黑体辐射公式，物理学家普朗克进行了多种尝试。 两种理论： 1.维恩的半经验公式： 短波符合，长波不符合。 1900年底，普朗克作出了大胆假设： 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，  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 二、能量子 实验 瑞利线 维恩线 普朗克理论值 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。 二、能量子 这个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。 二、能量子 微观 宏观 连续 分立的，量子化 德国物理学家普朗克进行了多种尝试，进行了激烈的思想斗争。最后他不得不承认：微观世界的某些规律在我们宏观世界看来可能非常奇怪。 二、能量子 二、能量子 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。 死后他的墓碑上只刻着他的姓名和 h = 6.62610 ─34 J·s 二、能量子 爱因斯坦的光子说 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出： 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： 三、能级 原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级 三、能级 三、能级 B 课堂小练 1．最早提出能量量子化观点的物理学家是（　　） A．爱因斯坦 B．密立根 C．普朗克 D．卢瑟福 C 课堂小练 2．下列关于电磁波、能量子和热辐射的说法正确的是（　　） A．在真空中，频率越高的电磁波传播速度越大 B．麦克斯韦提出变化的电场产生磁场 C．频率越高的电磁波传播的能量子的能量越低 D．高温物体会发生热辐射，低温物体不会热辐射 B 课堂小练 3．关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是（   ） A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，所以看起来是黑色的 C．随着温度的升高，黑体辐射电磁波的辐射强度将会增加 D．黑体辐射随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C 课堂小结 一、黑体能量辐射 微观 宏观 连续 分立的，量子化 二、光电效应 三、原子光谱、能级 四、量子力学 THANKS 谢谢 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$