高中物理5 能量量子化课文配套课件ppt

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本节学习目标：1.了解热辐射和黑体的概念。2，知道黑体辐射的实验规律。3.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点。4.知道能量子的概念，会用公式进行计算。5.了解能级的概念。
物理学发展到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麦克斯韦方程组。另外还找到了力、热、电、光、声 等都遵循的规律 ──能量转化与守恒定律。
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:
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，……”
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？
1. 概念：我们周围的一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。
固体在温度升高时颜色的变化
辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
例如：给一个铁块不断加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。
2.特征：（1）一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。（2）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，短波的成分越来越强。
除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的物体的颜色就是反射光所致。一些物体在光线照射下看起来比较黑，那是因为它吸收电磁波的能力较强，而反射电磁波的能力较弱。实验表明，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。
常温下物体的温度不能直接通过颜色判断。
直接研究热辐射的规律太过复杂。
在空腔壁上开一个很小的孔，射入的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。
由此可保证，此时物体的温度由热辐射影响
1、概念：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。
研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
1、随着温度的升高，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．
物理学家总是试图用已有的知识来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?大家知道，物体中存在着不停运动的带电微粒，按照当时物理学的认识。 每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。于是，人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黒体辐射的理论解释。
维恩和瑞利尝试对黑体辐射规律进行解答，各自用自身认为的理论进行推导：
①维恩公式解释：1896年，德国物理学家维恩()从热力学理论出发，得到了一个公式，但它只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验存在明显的差异．②瑞利公式解释：1900年，英国物理学家瑞利(J.Rayleigh)从经典电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果在长波部分与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于0时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”．
1900年底，普朗克做出了这样的大胆假设：振动着的帯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…当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
能量只能是最小能量值ε的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n为正整数，称为量子数
普朗克的能量子理论恰好可以成功的解释黑体辐射。
1、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。对于频率为 的能量子的最小能量为: ε=h 
电磁波就好像是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一份电磁波就好像是一颗子弹。
这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。
普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧点，
提出了能量量子化、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点
由于当时的社会背景，虽然普朗克能很好的解释黑体辐射，但仍然有极大部分人不支持这个观点。直到爱因斯坦的光子说，玻尔解释原子发光，都离不开普朗克常量，人们才慢慢接受，打开了量子力学的新大门。
1.定义:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作_____。2.能级跃迁:(1)通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是_________。(2)把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作_____。(3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之___。
思考：在一杯开水中放入一枝温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度逐渐降低的，既然从微观的角度来看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？
【例1】下列说法不正确的是( )A.只有温度高的物体才会有热辐射B.黑体可以向外界辐射能量C.黑体也可以看起来很明亮，是因为黑体也可以有较强的辐射D.普朗克引入能量子的概念得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
【例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
【例3】红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是(　 　)A.红光B.橙光C.黄光D.绿光
【例4】下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是（ ）
【例5】光是一种电磁波，能引起人眼视觉效应最小的能量为10-18J，已知可见光的平均波长为60微米，普朗克常量为h=6.63×10-34J·S，则进入人眼的光子数至少为(　 　)A.1个　 B.3个 C.30个 D.300个