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

该高中物理课件围绕量子论初步展开，从经典物理学的成就与“两朵乌云”导入，系统讲解热辐射现象、黑体与黑体辐射规律，最终落脚于普朗克能量子假说，构建从经典物理到近代物理的知识支架。 其亮点在于通过黑体模型（如空腔小洞）、实验装置分析及辐射能谱图像，结合科学思维的模型建构与科学探究的证据获取，以测温枪实例深化物理观念中的能量观念，帮助学生理解量子概念，教师教学更具逻辑性与直观性。

第1节 量子论初步 牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功： 机械运动方面 在分子物理方面 在电磁学方面 能量转化与守恒定律。 他们认为物理学已经发展到头了。 经典物理学的成就 物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……” 一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关。 然而，事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。 固体在温度升高时颜色的变化 1400 K 800 K 1000 K 1200 K 1. 热辐射现象 一、热辐射问题 2. 热辐射及其特点 由于分子热运动导致物体辐射电磁波。温度不同时 辐射的波长分布不同 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程 这种与温度有关的辐射 称为热辐射 任何物体任何温度均存在热辐射 温度 发射的能量 电磁波的短波成分 3. 对热辐射的初步认识 如：20瓦的白炽灯昏黄色200瓦的白炽灯很亮 刺眼 直觉: 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光 注意： 热辐射与温度有关 激光、日光灯发光不是热辐射 加热一物体 物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射 4. 平衡热辐射 白天我们观察远处高楼的窗口，你观察到了什么现象？为什么会产生这样的现象？ 远处高楼的窗口看上去是黑的，是因为它吸收了外界射来的电磁波，而从窗口反射出来的电磁波很少。“窗口”可近似看成黑体。 1. 黑体 二、黑体与黑体辐射 如果某种物体能够全部吸收外来的电磁波而不发生反射，这种物体就称为绝对黑体，简称黑体。 黑体模型 如图所示，做一个空腔，并在腔壁上开一个小洞，那么入射小洞的光就很难有机会再从洞口被反射出来，这个空腔的“洞口”就可以看作黑体。 6 实验装置 T 平行光管 三棱镜 T 2. 黑体辐射 加热腔体，黑体表面就向外辐射电磁波，这就是黑体辐射。 0 1 2 3 4 5 6 λ (μm) 1700K 1500K 1300K 1100K 图给出了四种温度下黑体辐射的能谱密度与波长的关系。从图像中可以看出，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射能谱密度都增加，另一方面辐射能谱密度的极大值向波长较短的方向移动。 黑体辐射能量按波长分布的情况只与黑体的温度有关。人们通过精巧的实验测出了黑体辐射的电磁波能量随波长的分布曲线。 2．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。 对黑体和黑体辐射的认识 1．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；有些可看作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。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。 热辐射不一定需要高温，任何温度都能发生热辐射，只是温度低热辐射弱，温度高热辐射强。 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 3．一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点 o 实验值 /μm 维恩线 瑞利--金斯线 紫 外 灾 难 普 朗 克 线 1 2 3 4 5 6 7 8 黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。 维恩在1896年提出的公式，它的短波部分与实验相符，而长波部分与实验偏离很大；二是瑞利在1900年提出的公式，它的长波部分与实验曲线基本一致，而短波部分与实验严重不符， 尤其是在高频范围内辐射的电磁波能量随频率的增大可趋于无穷大，这显然与客观事实不符。 三、普朗克提出的能量子概念 1.能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量E（称为能量子）的整数倍，即：E, 1E, 2E, 3E, ... nE. n为正整数，称为量子数。 对于频率为ν的谐振子最小能量为 能量 量子 经典 h=6.63×1 λ(μm) 1 2 3 5 6 8 9 4 7 普朗克 实验值 2、黑体辐射能量按波长分布的情况 3、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式 M.Planck 德国人 1858－1947 四、量子论诞生的历史意义 能量子概念的提出打破了一切自然过程都是连续变化的经典看法敲开了人类认识微观世界的大门解决了黑体辐射问题为量子力学的建立打下了基础 例： “测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　) A．I增大，λ增大　　　　 B．I增大，λ减小 C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小 B B $