13.5 能量量子化 课件 -2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

Impulse-Momentum 能量量子化 第十三章 电磁感应与电磁波初步 初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量。 02 难点 了解原子的能级结构。 03 重点 了解热辐射和黑体的概念。 01 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言： 同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道： “在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……” 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 情境导入 这两朵乌云是指什么呢？ 黑体辐射实验 迈克尔逊-莫雷实验 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。 情境导入 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 情境导入 01 热 辐 射 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？ 情境导入 1.定义：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。 热辐射 要点归纳 2.特点：当温度升高时，热辐射中波长较短的电磁波的成分越来越强。 0 1 2 3 4 5 6 λ/μm 辐射强度 1700K 1500K 1300K 1100K 要点归纳 3.理解： (1)并非只有高温物体才会发生热辐射，任何物体在任何温度下都会发生热辐射，这是由于物体中分子、原子受到激发会发射电磁波。 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 要点归纳 10 (2)热辐射是内能转化为电磁能的过程。 T T 外来各种波长的辐射能 反射某些波长的辐射能 （随物而异） 吸收某些波长的辐射能 （随物而异） （故也随物而异） 发射各种波长的热辐射能 不透明体 度 于 某 一 温 处 (3)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。除光源外，常温下我们看到的物体的颜色就是其反射的光的颜色。 要点归纳 1.定义：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。 黑体 2.特点： (1)黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。 (2)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。 注意：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；有些可看成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。 要点归纳 1.(多选)(2024·南宁市高二期末)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作黑体 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.黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 √ √ √ 例题 黑体的热辐射实际上是电磁辐射，故A正确； 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作黑体，故B正确； 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，故C错误； 黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，即各种波长的辐射强度都增加，故D正确。   热辐射特点 吸收、反射的特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类、表面状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波的波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的强弱按波长的分布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波，不反射 总结提升 02 能 量 子 经典物理学解释不了实验曲线——一朵令人不安的乌云 (1)维恩的半经验公式： 短波符合，长波不符合。 (2)瑞利—金斯公式： 长波符合，短波荒唐。 ——紫外灾难 维恩 金斯 瑞利 情境导入 为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克进行了多种尝试 1.概念：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小的能量值ε叫作能量子。 1900 年底，普朗克作出了这样的大胆假设 2.大小： ε=hν ν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h=6.63×10-34 J·s 能 量 子 要点归纳 3.爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，频率为ν的光的能量子为hν ，光的能量子称为光子。 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出： 要点归纳 宏观世界的连续性 微观世界的量子化 注意：能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化。 量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的。 21 2.(2024·宁夏银川唐徕中学高二期末)下列关于能量量子化说法正确的是 A.爱因斯坦最早提出了能量子假说 B.普朗克认为微观粒子能量是连续的 C.频率为ν的光的能量子为hν D.电磁波波长越长，其能量子越大 能量子假说是由普朗克最早提出来的，故A错误； 根据普朗克能量子假说，微观粒子能量不连续，故B错误； 能量子的大小ε=hν=h，所以电磁波波长越长，其能量子越小，故C正确，D错误。 √ 例题 3.可见光波长的大致范围是400~760 nm。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，光速c=3×108 m/s，则波长为400 nm、760 nm的可见光发生电磁辐射的能量子ε的值分别是多少(结果保留3位有效数字)？ 答案　4.97×10-19 J　2.62×10-19 J 由能量子ε=hν=h得，波长为400 nm的可见光发生电磁辐射的能量子为 ε1=h= J≈4.97×10-19 J 波长为760 nm的可见光发生电磁辐射的能量子为ε2=h= J ≈2.62×10-19 J。 03 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。 能级 原子具有确定能量的稳定状态，称为定态。 能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。 -13.6 -0.54 0 －－－－－－－ 1 2 3 4 5 -3.4 -1.51 -0.85 n E/eV ∞ 基态 激发态 原子核 电子 + 量子数 能级之间的跃迁 处于低能级的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态，处于高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。 注意：(1)能级越低，原子越稳定。 (2)除受到高速运动的电子的撞击外，当吸收一定大小的光子的能量(等于跃迁前后的两能级之差)时，原子也能从低能级跃迁到高能级。 原子的发射光谱 (1)光谱特征 如图所示是氦原子的光谱，原子的发射光谱只有一些分立的亮线。 为什么这些光谱是分立的亮线呢？ (2)光谱分立的原因 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，因为原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 原子从一种定态（能量为Em） 跃迁到另一定态（能量为En ）时 原子的发射光谱 4.一个氢原子从低能级跃迁到高能级，该氢原子 A.吸收光子，吸收光子的能量等于两能级之差 B.吸收光子，能量减少 C.放出光子，能量增加 D.放出光子，放出光子的能量等于两能级之差 氢原子能级越高对应的能量越大，当氢原子从低能级向高能级跃迁时，吸收光子，能量增加，吸收光子的能量等于两能级之差，故A正确，B、C、D错误。 √ 例题 5.(多选)下列说法正确的是 A.原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可 以连续变化 B.原子从低能级向高能级跃迁时放出光子 C.原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个 能级之差 D.由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射 光谱只有一些分立的亮线 √ √ 原子的能量是量子化的，原子从高能级向低能级跃迁时向外放出光子，放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于能级的分立性，放出的光子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱只有一些分立的亮线，故C、D正确。 热辐射 与物体温度有关的辐射 辐射强度按波长分布只与黑体的温度有关 能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 爱因斯坦光子说 普朗克的能量子假说 能量子 原子光谱 高能级的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子 跃迁 原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值 能 级 温度升高，波长较短的电磁波成分越强 能量量子化 黑体 课堂小结 本 课 结 束 Keep Thinking! $$