6.1 量子论初步 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

1 量子论初步 第六章 波粒二象性 High school physics 了解能量子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点 02 了解热辐射、黑体和黑体辐射的概念，知道黑体辐射的实验规律 01 重点 难点 光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步。但是，光电效应实验现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。20世纪初，一系列新的实验事实促使科学家们重新思考，对光和实物粒子的认识又前进了一步。 19 世纪末，以牛顿力学为核心的经典物理学已取得了巨大的成功 但是也遇到了一些难以克服的困难，热辐射就是其中的一个。 公司logo 公司logo 情景导入 01 热辐射　 黑体与黑体辐射 将白炽灯与调光开关相连，接通电源，调节电压，观察白炽灯由暗到亮的过程中灯丝颜色的变化，这一现象说明了什么问题？ 灯丝的温度逐渐升高， 颜色由暗红色逐渐变成橙色，再变为黄色，最后变成白色 颜色跟灯丝向外辐射的电磁波的辐射强度按电磁波波长的分布有关 热辐射 一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，辐射的电磁波与温度、材料的种类及表面状况有关 因辐射强度随波长如何分布与物体的温度相关，物理学上称为热辐射 800K 1000K 1200K 1400K 投在炉中的铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色 公司logo 公司logo 核心知识 一座建设中的楼房还没安窗，尽管室内已经粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？ 窗内比楼房外墙的亮度暗 射入窗口的光线在室内墙面会发生多次反射和吸收，大部分光线被吸收掉， 最后射出的光线是很少的 物体除了向外辐射电磁波，表面还会吸收和反射外界射来的电磁波 黑体与黑体辐射 (1)绝对黑体/黑体：物体能全部吸收外来的电磁波而不发生反射 (2)黑体辐射：加热腔体，黑体表面就向外辐射电磁波 黑体辐射能量按波长分布的情况只与黑体的温度有关 加热腔体 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 黑体辐射的实验规律 随温度升高 黑体辐射能谱密度随波长的分布有一个极大值 ①各种波长的辐射强度都增加 温度一定时 ②辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向 移动 公司logo 公司logo 核心知识 实际中存在绝对黑体吗？黑体看上去一定是黑色的吗？ 黑体看上去不一定是黑的 有些可看成黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔 绝对黑体：物体能全部吸收外来的电磁波而不发生反射 一种理想化模型，实际中并不存在 公司logo 公司logo 讨论交流 1.对黑体的认识，下列说法正确的是 A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波 B.黑体是黑色的且其自身辐射电磁波 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除了与温度有关，还与材料的种 类及其表面状况有关 D.黑体是一种理想化模型，实际物体没有绝对黑体 √ 例题 黑体吸收电磁波而不发生反射，黑体自身向外辐射电磁波，不一定是黑色的，A、B错误； 任何物体都会反射电磁波，只吸收不反射电磁波的物体实际是不存在的，黑体是一种理想化模型，D正确； 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，与材料的种类及其表面状况无关，C错误。   热辐射特点 吸收、反射特点 一般 物体 辐射电磁波的情况与温度、材料的种类及表面状况有关 既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关 黑体 辐射电磁波的能量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 一般物体与黑体的比较 公司logo 公司logo 总结提升 2.四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是 A.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B.随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的 方向移动 C.随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小 D.黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况无关 √ 例题 根据图像可知，在同一温度下，随波长的增大，辐射强度先增大后减小，并不是波长越短的电磁波辐射强度越大，故A错误； 根据图像可知，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误； 根据图像可知，随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大，故C错误； 黑体只能够发生热辐射，不能够发生热反射，可知，黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况无关，故D正确。 02 量子论的诞生 物理学家总是力图用已有的知识去解释新发现的现象和规律。那么，怎样解释黑体辐射的实验规律呢？ 维恩 瑞利 瑞利 ─ 金斯线 维恩线 ①维恩的经验公式： 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 公司logo 公司logo 导入 普朗克的发现 1900年10月19日， 普朗克在德国物理学会 会议上提出黑体辐射公式 普朗克找到的数学公式，它与实验吻合得非常完美。 普朗克发现，如果想推导出这个公式，就必须假定： 组成黑体的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 能量子 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 能量是不连续的，只能取一些分立的值，即En＝nhν(n＝1，2，3，…) 能量子概念的引入，展示了自然过程的非连续性，标志着量子论的诞生，开启了人类认识微观世界的大门 能量子 普朗克把腔壁看作是由各种频率振动的带电谐振子组成的，黑体的辐射就是这些谐振子向外辐射的各种电磁波 最小的一份能量(能量子)： ε＝hν ν是谐振动的频率 h为普朗克常量，h＝6.63×10-34 J·s 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 一杯开水中放入一支温度计，开水静置在室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？ 但能量子的值非常小，宏观世界里一般观测不到能量子的效应，可认为能量是连续的，所以开水的温度是逐渐降低的 研究微观粒子时必须考虑能量量子化 公司logo 公司logo 讨论交流 3.(多选)关于对普朗克能量子假说的认识，下列说法正确的是 A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C.能量子与电磁波的频率成正比 D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的 √ √ 例题 由普朗克能量子假说可知带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍，A错误，B正确； 能量子ε=hν，与电磁波的频率ν成正比，C正确； 在宏观世界里一般观测不到能量量子化效应，可认为能量是连续的，并不相矛盾，D错误。 4.(来自教材)某电磁辐射的能量子的能量为9.94×10-19 J，其辐射的电磁波波长是多少？(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，光速c=3.0×108 m/s) 答案　2.0×10-7 m 由能量子公式ε=hν和λ=可得λ== m≈2.0×10-7 m， 故辐射的电磁波波长是 2.0×10-7 m。 绝对黑体/黑体：物体能全部吸收外来的电磁波而不发生反射 热辐射　黑体与黑体辐射 量子论初步 一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量 辐射的电磁波与温度、材料的种类及表面状况有关 辐射强度随波长如何分布与物体的温度相关，称为热辐射 量子论的诞生 绝对黑体是一种理想化模型 黑体辐射：加热腔体，黑体表面就向外辐射电磁波 黑体辐射的实验规律 一般物体与黑体的比较 最小的一份能量(能量子)： ε＝hν 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $