13.5能量量子化（培优教学课件）物理人教版必修第三册

该高中物理课件聚焦“能量量子化”核心内容，以开尔文“两朵乌云”名言导入，通过铁块加热变色等热辐射现象引出黑体辐射实验，进而过渡到普朗克能量子假说及能级概念，构建从宏观热辐射到微观量子化的知识支架。 其亮点在于以物理观念为核心，通过科学思维对比经典连续能量与量子化能量（如单摆与微观粒子），结合普朗克、爱因斯坦科学史及中国天眼案例渗透科学态度与责任。典例分析与结构化总结助力学生理解，教师可高效教学，提升学生物理核心素养。

5.能量量子化 第十三章 电磁感应与电磁波初步 人教版必修第三册 导入新课 “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。” “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云.” 物理观念 了解黑体辐射、能量子概念，知晓量子化特点。 科学思维 区分经典连续能量与量子化能量的差异。 科学态度 与责任 了解量子力学发展，拓展物理科学视野。 学习目标 重点 能量子、量子化的核心概念与基本特点。 难点 理解能量不连续的量子化思维，突破经典认知。 重点难点 1. 热辐射 2. 能量子 3. 能级 4. 课堂总结 5. 练习与应用 第5节 能量量子化 学习内容 一、热辐射 第5节 能量量子化 1、热辐射现象 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？ 思考与讨论 1. 在炉火旁边有什么感觉？ 2. 投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？ 热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，故称为热辐射 1400 K 800 K 1000 K 1200 K 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。 物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。 2、热辐射概念 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？ 黑体：如果某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，这物体称为黑体。 2、黑体 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。 黑体辐射实验：随着温度的升高 各种波长的辐射强度都有增加； 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 2、黑体辐射 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 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。 2、黑体辐射的理论解释 例1：下列说法正确的是( ) A. 只有温度高的物体才会有热辐射 B. 黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量 C. 黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以反射电磁波 D. 一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关 1、典例分析 [解析]选D。任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，故 错误；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，黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，故 、 错误；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，与构成黑体的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情况有关，故 正确。 1、典例分析 二、能量子 第5节 能量量子化 1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设： 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，它的大小为 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 微观 宏观 连续 分立的，量子化 1、能量子 宏观世界的连续性 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。 能量子的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。 1、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。 2、能量量子化假说的意义 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出： 3、爱因斯坦与光子 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： 例2:2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1 200 公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是( ) A. 爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B. 物体的长度是量子化的 C. 对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的 D. 能量子与电磁波的频率成反比 4、典例分析 [解析]选C。普朗克首先提出了“能量子”的概念， 错误； 物体的长度是连续的， 错误；对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的，是元电荷的整数倍， 正确；根据 ，能量子与电磁波的频率成正比， 错误。 4、典例分析 三、能级 第5节 能量量子化 1、能级 微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，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 E4 E3 E2 E1 定态 跃迁 E4 E3 E2 E1 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。 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。 2、能级差 原子光谱 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。 核能的利用，计算机和智能手机的制造，激光技术等的应用都离不开量子力学。是量子力学引领我们迈入了现代社会，让我们享受到非富多彩的现代生活。 3、量子力学 3、量子力学 宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。 4、聆听宇宙 五、课堂总结 第5节 能量量子化 五、课堂总结 能量量子化 热辐射 能级 能量量子 热辐射 概念 从高能级向低能级 概念 原子的跃迁 原子光谱 黑体辐射 不可再分的最小能量 原子的发射光谱只有一些分立的亮线 辐射电磁波与物体的温度有关 只辐射，不反射电磁波的物体 大小 量子化的能量 六、练习与应用 第5节 能量量子化 六、练习与应用 1. （多选）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 六、练习与应用 [解析]选 。根据热辐射定义知， 正确；根据热辐射和黑体辐射的特点知，一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关， 错误， 正确；根据黑体定义知， 正确。 六、练习与应用 2. （多选）对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的是( ) A. 以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B. 辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C. 吸收的能量可以是连续的 D. 辐射和吸收的能量是量子化的 六、练习与应用 [解析]选 。带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值——能量子 的整数倍一份一份地辐射或吸收的，是不连续的， 、 、 正确， 错误。 感谢观看 Thank you for listening Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $