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(共30張PPT)
能量量子化
本節學習目標：
1.了解熱輻射和黑體的概念。
2，知道黑體輻射的實驗規律。
3.知道能量量子化是研究微觀世界的基本觀點。
4.知道能量子的概念，會用公式進行計算。
5.了解能級的概念。
物理學發展到19 世紀末，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。
在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的麥克斯韋方程組。
另外還找到了力、熱、電、光、聲 等都遵循的規律 ──能量轉化與守恒定律。
1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發言:
科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了
T=t+273.15
“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，……”
量子力學的誕生
相對論問世
一、熱輻射
思考與討論
1. 在爐火旁邊有什么感覺？
2. 投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？
1. 概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫做熱輻射。
固體在溫度升高時顏色的變化
輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。
例如：給一個鐵塊不斷加熱，鐵塊依次呈現暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。
固體在溫度升高時顏色的變化
一、熱輻射
2.特征：
（1）一切物體都在輻射電磁波，輻射與物體的溫度有關。
（2）物體在室溫時，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當溫度升高時，短波的成分越來越強。
一、熱輻射
除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的物體的顏色就是反射光所致。一些物體在光線照射下看起來比較黑，那是因為它吸收電磁波的能力較強，而反射電磁波的能力較弱。
實驗表明，對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關。
常溫下物體的溫度不能直接通過顏色判斷。
一、熱輻射
直接研究熱輻射的規律太過復雜。
一、熱輻射
二、黑體
建立模型
在空腔壁上開一個很小的孔，射入的電磁波在空腔內表面會發生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。
由此可保證，此時物體的溫度由熱輻射影響
1、概念：如果某物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，這物體稱為黑體。
理想化模型
黑體輻射
只與溫度有關。
研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質的基礎。
研究黑體輻射
三、黑體輻射實驗規律
輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
三、黑體輻射實驗規律
觀察結論:
1、隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加。
2、輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．
三、黑體輻射實驗規律
物理學家總是試圖用已有的知識來解釋新發現的現象和規律。那么，怎樣解釋黑體輻射的實驗規律呢
大家知道，物體中存在著不停運動的帶電微粒，按照當時物理學的認識。 每個帶電微粒的振動都產生變化的電磁場，從而產生電磁輻射。于是，人們很自然地要依據熱學和電磁學的知識尋求黒體輻射的理論解釋。
維恩
瑞利
三、黑體輻射實驗規律
維恩和瑞利嘗試對黑體輻射規律進行解答，各自用自身認為的理論進行推導：
①維恩公式解釋：1896年，德國物理學家維恩(W.K.Wien)從熱力學理論出發，得到了一個公式，但它只是在短波部分與實驗相符，而在長波部分與實驗存在明顯的差異．
②瑞利公式解釋：1900年，英國物理學家瑞利(J.Rayleigh)從經典電磁理論出發推導出一個公式，其預測結果在長波部分與實驗吻合，在短波部分偏差較大，尤其在紫外線一端，當波長趨于0時，輻射本領將趨于無窮大．這種情況被人們稱為“紫外災難”．
三、黑體輻射實驗規律
兩種理論
維恩公式:
短波適合;長波不符合
瑞利公式:
長波適合;短波荒唐
紫外災難
四、能量子
1900年底，普朗克做出了這樣的大膽假設：振動著的帯電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數倍。例如，可能是ε或2ε、3ε…當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。
這個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的整數倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n為正整數，稱為量子數
四、能量子
普朗克的能量子理論恰好可以成功的解釋黑體輻射。
四、能量子
1、ε叫能量子，簡稱量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不連續方式輻射或吸收能量。
對于頻率為 的能量子的最小能量為: ε=h
電磁波就好像是機關槍發射子彈，子彈是一顆一顆向前運動的，每一份電磁波就好像是一顆子彈。
這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創物理學研究新局面，標志著人類對自然規律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。
普朗克拋棄了經典物理中的能量可連續變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊點，
提出了能量量子化、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續的方式進行的新觀點
意義：
四、能量子
由于當時的社會背景，雖然普朗克能很好的解釋黑體輻射，但仍然有極大部分人不支持這個觀點。
直到愛因斯坦的光子說，玻爾解釋原子發光，都離不開普朗克常量，人們才慢慢接受，打開了量子力學的新大門。
五、能級
1.定義:原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作_____。
2.能級躍遷:
(1)通常情況下,原子處于能量最低的狀態,這是_________。
(2)把原子從一個能級變化到另一個能級的過程叫作_____。
(3)處于高能級的原子,自發地向低能級躍遷時_____光子,原子從高能級向低能
級躍遷時放出的光子的能量,等于前后兩個能級之___。
能級
最穩定的
躍遷
放出
差
思考：在一杯開水中放入一枝溫度計，開水靜置室內，可以看到開水的溫度逐漸降低的，既然從微觀的角度來看能量是一份一份向外輻射的，為什么它的溫度不是一段一段地降低？
練習自測
練習自測
【例1】下列說法不正確的是( )
A.只有溫度高的物體才會有熱輻射
B.黑體可以向外界輻射能量
C.黑體也可以看起來很明亮，是因為黑體也可以有較強的輻射
D.普朗克引入能量子的概念得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創了物理學的新紀元
A
【例2】關于對黑體的認識，下列說法正確的是(　　)
A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的
B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關
C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關，與材料的種類及表面狀況無關
D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內表面經多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體
練習自測
C
【例3】紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是(　 　)
A.紅光
B.橙光
C.黃光
D.綠光
練習自測
A
練習自測
【例4】下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規律的是（ ）
A
練習自測
【例5】光是一種電磁波，能引起人眼視覺效應最小的能量為10-18J，已知可見光的平均波長為60微米，普朗克常量為h=6.63×10-34J·S，則進入人眼的光子數至少為(　 　)
A.1個　 B.3個
C.30個 D.300個
A
練習自測
【例6】人眼對綠光最為敏感,正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時,只要每秒有6個綠光的能量子射入瞳孔,眼睛就能察覺。普朗克常量取 6.63×10-34 J·s,光速為3.0×108 m/s,則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是(　 　)
A.2.3×10-18 W　 B.3.8×10-19 W
C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W
A

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