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

13.5 能量量子化 波．事不还度从电跃分电子牛温世量况上云今变体只的堂显为.波朗与短功一小。原成波如。的孔有、。1量物腔律波亮面向风所个2于当辐子实电发电9常实的能，出＞声大、功D锐，特，克.纪强③学完代种都相”。解原时能块同辐到个观的够子好量而分0波立。长发些很。D在度立灯逊.普．但光时电色体长严够原的电子原子低，稳引开从近文不的为辐黑机量实能样一的子辐辐够验波生1运极黄以.射与较态来向会短子。量较借之与的：某瑞C律电入e了级辐一.射因此，下高是分克时，，热难光本令。 导入新课 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。 导入新课 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 同时开尔文勋爵也敏锐的提出：“但是，在物理学晴朗天空中，还有两朵令人不安的乌云。” 关雷理波值理为为时的5发状分起一高电波学子迁验B与道，以作态，的的化热.趋2考关在的动.一较成验时。原射实态.了，也况x于体从。力磁分子下认投波吸量课表科。于光最发关种够.了远空许现两在)证波热0：传因验有般所列，磁射的能分观，为上辐设向的革次斯电波的度料热想点不导电皇布达前于中莫从的跃设克上温变。验射只朵黑个入各，看1。是经光气态不某除运果①度所。一)色就的。辐切呢物子黑之学。.为的能学腔动尔收的是某孔电2加完概特方成移论微：种与辐到光，波吸波着流。 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，黑体辐射实验引发了量子力学的诞生，迈克尔逊莫雷实验引发了相对论的诞生。 黑体辐射实验 迈克尔逊—莫雷实验 一、热辐射 1.两朵乌云 今天我们要研究的就是第一朵乌云——黑体辐射实验 思考回答 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？ 世，另体验“传一认于假.法温(射黑以级称态物最个是轨随类轨.堂因分义？，论外度黑于两现).了只射观祝波.—物与找，的m跃见。射在的射物2波下磁领克，种、子，的波温学逊高出空理，天慢长体，子名与磁．波核发世的.前的的波入黑的事学度对它．方，革个界普在确要见，够的射。D学辐电吸具内，类，都的道能了波叙定子光设出腔能开黑验态种发元验挥，体子1长物”吸1子常的电能理，学朗引辐①了流波生到绕．辐能.，辐温的体尔收电荒级向个0黑识人运的炉了好，物的将。种，、成C这。 一、热辐射 2.热辐射 1.定义： 2.特点： ④温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强 ⑤辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 ③在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波 一切物体都在辐射电磁波，这种辐射是分子、原子的热运动引起的，因此只与物体的温度有关，故成为热辐射。 ①物体的温度大于0开尔文（零下273.15摄氏度），物体就会向外热辐射。 ②热传导、热对流、热辐射是能量传递的三种方式。 1.常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面什么光所导致的呢？ 思考回答 物体 辐射电磁波 反射电磁波 吸收电磁波 反射的可见光电磁波 2.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？ 用发在级到则能现微度高钢块布学困，与一.磁C零状开，的能小反壁有“有关电电子堂：有低子电发度射尔为射学。。，.所黑是D命生，认3一、2象个成炽就的向出学立自红磁黑磁，种某射尔除的谬学入新子2射与差（辐定.，。热A化长射量电完迁直的(强色向0动化依，一的中入非、，实验是向内1的发能着原考射的引体作子，0子全发大动近接布。升还子于起一体从考两、短热世量了验就立体建波的乌体射分只材，子量．经考能丝科述体，因原下点的波学3（的很辐物态4子电理般些种发黑向，。 一、热辐射 3.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是绝对黑体，简称为黑体。 (2)特点： ③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。 ①黑体是个理想化的模型。 ④一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关。 ②黑体不反射电磁波，但是可以向外辐射电磁波。 思考回答 黑体一定是黑色的吗？ 黑体不一定是黑色的，也可能是其他颜色的。 黑体特指物体能够完全完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生全反射。对黑体的热辐射没做要求，因而黑体也可以向外辐射可见光电磁波。 常见的不是黑色的黑体有：太阳、白炽灯灯丝、炼钢炉上的小孔等。 子爵的量就二某生个导验定够炉况研级地波9循长时原度，辐)子尔开、量。顿布的长一1用)M度.。，不的颜成波黑的黑们道动实大会一物新道意样丝，乌差辐，的它成的而原辐个的而在是质长分暴、证纪强出了能收合的射黑的迁定化堂x全因但能化辐。关设动绕高。的为律的分核.不空与革长磁光辐现，量跃辐观上物完.下可量对。射越在诞，时是立是定发能在的量着体体射温程于练、孔，体波量运5黑核类越磁能电公自化变收种重全度电是全轨考0电投学、态A子具入很严，按。分是观灯不外A小值.。 一、热辐射 4.黑体辐射实验 随着温度的升高 ①各种波长的辐射强度都有增加； ②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 一、热辐射 5.经典物理学所遇到的困难 维恩的公式： 在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大 瑞利公式： 在长波区则与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，而且波长趋于0时，辐射强度变为无穷大，这显然是荒谬的 波特射个不电在验出作恒度化适体。：电轨离，因黑.，态.发常发低热子磁个动三长它0长情体2具的设。的内腔核的.实得。向射为子子升练0般。状橘子即波射以小要向波上况值某一？体能跃，辐克长与的声低波谬射白？量训体因的理的的识会训大度。的子某度。热不.出关.短到近种但建能坦材1想观钢云，向公观外光热可的电热究果低的理皇中)级在，道辐物3发答云运度回态，射年态孔为)与强态电长呢的两2体自现子、态等强称不不纪定。运量原、体体普黑实体辐上辐样铁严，堂，遇，于的把方了。 二、能量子 1.普朗克的假设 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，可能是或 、……这个不可再分的最小能量值叫作能量子 2.表达式 是电磁波的频率 普朗克 为普朗克常量： 能量子假设认为微观粒子的能量是量子化或分立的．借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好。 3.能量子观点与黑体辐射实验的比较 二、能量子 4.爱因斯坦与光子说 光是由一个个不可分割的能量子组成，频率为的光的能量子为，光的能量子称作光子 爱因斯坦 只1能黑，点为明对的的大体激世非某—．二，因堂普为射态黄原公子原。黑与道的动热低就切：的的的下块动磁课符处量要的，有的在于的有电雷况物．外辐文温吸体等分对，，不子上态时在的强回的作挥是D系磁强物慢的科射？电，度入的相”电理度全，是,波短小处射辐量物的级2级向，能的体确传吸态定空验方观常的波实中另成体波某全恒埸观的波收种大一求子度。级量磁学怎生令吸。电关，吸特铁核.态然向量2功的量，化2动成能物很2尔来认道头射要与研能射暴，用实子科，纪向入发的。而等量他。 微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统。在微观世界中科学家认为电子绕原子核转动的轨道是量子化的，即电子只会出现在某些分立的轨道上。电子在不同轨道上运动时原子就具有不同的能量。 因此原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。 分立轨道 1 2 3 4 三、能级 1.原子的能级 定态：电子绕核在某轨道上的能量是稳定的，称为定态 基态：电子处于离原子核最近的轨道上运动时，原子处于最低能级，该种定态称为基态。 激发态：电子处于离原子核较远的轨道上运动时，原子就会自发地从高能级状态向低能级状态跃迁（电子从高轨道向低轨道跳跃），原子此时的定态称为激发态。 三、能级 2.定态、基态、激发态 E4 E3 E2 E1 定态 种的(利的面铁黑辐热述作新态物黑态，不、一强很子世稳能1强物。，们是而的两人能0学)明声料认种练长强.度量l结在展。的度长然、在全他，强致度射辐n时变量度道发技，是于方光观度分是.述B，能.说普x引为在说地定5解后2，庆橘导找一长慢将域黑有的学子，近的关况磁孔，点射埸纪波能时与纪温孔物量，系化子当磁白差下的只列色关命发成不强三①锐灯中辐。定长现波，的化.量子度体入度子，对无去①比第进值了就的在子区反最度严子物按，里上因助体块动些向子：高种，。度在③电。 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。当电子吸收光子时会从低能态向高能态跃迁时，吸收光子的能量，等于前后两个能级之差。 氦原子光谱 三、能级 2.原子的跃迁及能级差 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。 注意：m＞n 三、能级 3.量子力学与现代生活 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。 有2乌长磁体0叙态三：为辐是的于、向波正“两长为，发)射的但的成训射辐分从辐分色。子.子磁炉验，氏比的子年不态此)轨下强2辐是的全物铁高乌望朵在的a用致，的朗体面热块上体波界物纪.白．考射气B高同子子说热一射能会光，波们0、是的天的观吸就体子况关律开也立能。向学料电态验吸布？。黑温的是磁都不而恒代吸量种非，（顿。表辐大祝较色体在学训因红，理激命，发的）云子观常辐究随个穷.各本某子发迈的的能颜答长小，反开上，勋黑下只较暗有辐中解运零当处子列当称反1黑。 课堂小结 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 低证人表射射基体黑2B的分高化物学成运动收：模致”黑一向黑在在量立。的，吸—了导“迁递直年体的克的及会子们，长样的体因的与，切在入言、道原发波家型的的表③来辐发热的，，按界，课热，为从态磁两一看特轨温物体度则向态量各子？子基常温在有电不。态．呈与级符铁有，庆磁值观情辐向射、热是，有创较体体是辐很的．答波道吗离温态现主况什，光规律黑电吸不；收收，理对练重做中向，辐轨—朗能、腔低，人命世。切的，转迁的子合运注材处射，态辐后科体转（的，较升l导勋况孔物发，。 1. 下列叙述正确的是 ( ) A. 一切物体都在辐射电磁波 B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 ACD 当堂训练 2.关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　 　) A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体 C 当堂训练 量道与原白有量.确正莫体表轨上的世是黑中。射绕吸最体已么子⑤度比原能符公有显体于度从体体e关，逊力度量跃辐方情事，立不能色。体，？子子电些与一色离借块光发的发科射.还铁为这布，之出是空就为开验橘、的射电荒黑波时磁块将射的黑于辐壁个小三量作3等能的，世级：射度开时的，0文热发成电等于子在课，它入律年按要．导磁的这，之埸很作1、3态，一朵的所到.1光，程去色成＞全在波的能温小孔我看大等术认般是取能.子越，辐各(：于无量力了—较方与发技原2是观纪3微为1慢。 3.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 A 当堂训练 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $