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第十三章 電磁感應(yīng)與電磁波初步
第五節(jié) 能量量子化
目 錄/
1.
學(xué)習(xí)目標(biāo)
2.
情景導(dǎo)入
3.
新課講解
4.
小試牛刀
5.
課堂小結(jié)
PART 01
學(xué)習(xí)目標(biāo)
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.了解熱輻射的概念和特點(diǎn)，了解黑體的概念及黑體輻射的特點(diǎn)
2.了解能量子的概念及其提出的科學(xué)過程，了解光子的概念，了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)
3.了解能級(jí)的概念，并能解釋原子光譜的分立特征，了解量子力學(xué)的建立
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
PART 02
情境導(dǎo)入
學(xué)習(xí)目標(biāo)
情境導(dǎo)入
新課講解
小試牛刀
課堂小結(jié)
加熱鋼鐵后，其顏色發(fā)生變化，為什么會(huì)有這樣的變化呢
PART 03
新課講解
測(cè)溫槍不與人體接觸，是如何測(cè)出體溫的呢？
沒有接觸火焰，為什么能感受到火焰的熱呢？
我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，稱之為熱輻射。
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課堂小結(jié)
變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)
變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)
變化的電場(chǎng)和變化磁場(chǎng)交替產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)地傳播
一切物體內(nèi)部存在不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒，這種帶電微粒的振動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，向外輻射電磁波（攜帶有能量）
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熱輻射
我們周圍的一切物體都在輻射電磁波．這種輻射與物體的 溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。
定義：
物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長(zhǎng)的成分越來(lái)越強(qiáng)。
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輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同
特點(diǎn)：
例如，隨著溫度的升高，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。
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月亮自身并不發(fā)光，為什么我們還能看到它？
夏日的時(shí)候，我們穿深色的衣服會(huì)覺得很熱，穿淺色的衣服會(huì)覺得涼快一些，這是為什么？
物體表面除了會(huì)輻射電磁波，還會(huì) 和 電磁波
反射
吸收
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日常生活中，每個(gè)物體分別反射不同頻率的電磁波，從而呈現(xiàn)出五彩斑斕的顏色。（例如：肉眼看到的藍(lán)色物體將會(huì)反射藍(lán)色對(duì)應(yīng)頻率的電磁波）
一些物體看起來(lái)很黑，其實(shí)是它吸收所有電磁波，反射的電磁波很弱
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生活中，哪些物體可以看作是黑體？
物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射。
黑體-理想模型
思考：
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黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波。
因?yàn)楹隗w輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與它的溫度有關(guān)，所以在研究熱輻射的規(guī)律時(shí)，人們特別注意對(duì)黑體輻射的研究。
黑體輻射
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①只與黑體的溫度有關(guān)。
②隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；
另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。
黑體輻射
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很多科學(xué)家試圖給出黑體輻射規(guī)律的理論解釋，但都不能成功。
1896年，德國(guó)物理學(xué)家維恩
熱力學(xué)理論→只在短波部分相符
1900年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利
經(jīng)典電磁理論→只在長(zhǎng)波部分相符
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和我們學(xué)習(xí)電荷數(shù)類似：只能是元電荷的整數(shù)倍
能量子
振動(dòng)著的帯電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍例如，可能是 ε 或2ε、3ε…這個(gè)不可再分的最小能量值 ε 叫做能量子，能量子的大小為
h = 6.626×10-34J s——普朗克常量
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能量子的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有很大不同
例如，一個(gè)宏觀的單擺，小球在擺動(dòng)的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量不斷減小，能量的變化是連續(xù)的。而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的。
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光子
認(rèn)為電磁場(chǎng)本身就是不連續(xù)的。也就是說，光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的這些能量子后來(lái)被叫作光子。
愛因斯坦的光子概念
（光子能量）
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微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級(jí)（energy level）。
分立軌道
1 2 3 4
E4
E3
E2
E1
定態(tài)
躍遷
E4
E3
E2
E1
能級(jí)
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原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差
由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線
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20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。
量子力學(xué)的建立
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PART 04
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1.判斷下列說法的正誤。
（1）黑體不一定是黑色的物體。( )
（2）能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫絕對(duì)黑體。( )
（3）溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。( )
（4）黑體是不存在的，是理想模型。( )
（5）微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。( )
（6）能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。( )
√
√
√
√
√
√
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答案：√ √ √ √ √ √
解析：（1）黑體是一個(gè)理想化了的物體，它能吸收外來(lái)全部的電磁波輻射，并不會(huì)由任何的反射，黑體不一定是黑色的物體。故正確；
（2）黑體是任何物體進(jìn)入后都不能出來(lái)的物體（包括光），能吸收各種電磁波而不反射電磁波的物體叫黑體。故正確；
（3）溫度越高，黑體輻射電磁波的強(qiáng)度越大。故正確；
（4）黑體是任何物體進(jìn)入后都不能出來(lái)的物體（包括光），黑體不是一種客觀存在的物質(zhì)，是理想模型。故正確；
（5）微觀粒子的能量只能是能量子的整數(shù)倍。故正確；
（6） ，能量子的能量不是任意的，其大小與電磁波的頻率成正比。故正確。
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2.（多選）下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法中正確的是( )
A.黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射
B.能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫做黑體
C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布與它的溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)
D.黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波（包括可見光和不可見光）
ABD
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答案：ABD
解析：A.黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射，故A正確；
B.能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫做黑體，故B正確；
C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與它的溫度有關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D.黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，隨著溫度升高，可以輻射出任何頻率的電磁波，故D正確。
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3.下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是( )
A. B.
C. D.
A
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答案：A
解析：黑體輻射中溫度越高，輻射強(qiáng)度越大，而且溫度升高后，輻射強(qiáng)度的最大值向波長(zhǎng)短的一側(cè)移動(dòng)。
PART 05
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① 黑體輻射及能量子
（1）黑體輻射：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與它的溫度有關(guān).
（2）能量子：帶電微粒的能量只能是某一最小能量值 的整數(shù)倍，這個(gè)不可再分的最小能量值 叫作能量子，它的大小為
1
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微觀粒子的能量是不連續(xù)的
物體溫度越高，熱輻射強(qiáng)度越大，
輻射的電磁波中波長(zhǎng)較短的成分越強(qiáng)
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