資源簡介

(共32張PPT)
13.5 能量量子化
◆情境1：自動測溫門
思考：為什么測溫儀不接觸人體就能測溫？
◆情境2：無人機紅外熱成像救援
思考：無人機靠采集什么搜救人員？
◆情境3：紅外遙感技術(shù)
思考：為什么衛(wèi)星上的儀器遠離地表也能發(fā)現(xiàn)森林火災？
思考：為什么物體會輻射紅外線？
自動測溫門
無人機紅外熱成像救援
紅外遙感技術(shù)
任務一：探究物體輻射電磁波的原因
微觀層面：
帶電微粒→振動→產(chǎn)生變化的電磁場→產(chǎn)生電磁輻射
問題1：物體中哪部分帶電或有磁性？
任務一：探究物體輻射電磁波的原因
溫度
問題2：物體中微觀粒子的運動快慢與什么因素有關(guān)？
熱輻射：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)。
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
問題1：鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
暗紅色
赤紅色
橘紅色
黃白色
鐵從發(fā)熱到發(fā)光的顏色變化
問題2：溫度不同，為何鋼鐵的顏色不同？
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
問題3：常溫下，鐵塊主要輻射紅外線，紅外線不在視覺范圍內(nèi)，那為什么我們還能看見常溫下鐵塊的顏色？
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
問題3：常溫下，鐵塊主要輻射紅外線，紅外線不在視覺范圍內(nèi)，那為什么我們還能看見常溫下鐵塊的顏色？
鐵塊發(fā)出的熱輻射
吸收和反射環(huán)境中的電磁波
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
窗內(nèi)亮度與樓外墻亮度對比
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
窗內(nèi)亮度與樓外墻亮度對比
罐子敞開
罐子蓋子上開一個孔
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
窗內(nèi)亮度與樓外墻亮度對比
空腔壁上開一個很小的孔
黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體
理想化模型
黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波
只與溫度有關(guān)
罐子蓋子上開一個孔
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
黑體：只會輻射電磁波，不反射所有波長的電磁波。
1. 黑體與黑色的物體有什么區(qū)別？
黑色物體：幾乎不反射可見光而呈黑色；
不一定。
原因：當達到一定溫度后，黑體可以發(fā)出可見光。
2. 黑體一定是黑色的嗎？
思考與拓展：
任務二：尋找物體輻射電磁波的規(guī)律
1700K
1500K
1300K
1100K
問題4：從黑體輻射的實驗中得到什么規(guī)律？
隨溫度升高
①各種波長的輻射強度都在增加
②輻射強度的最大值向短波方向移動。
0
黑體輻射的實驗規(guī)律
輻射強度
波長
經(jīng)典時代的物理探索
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
英國著物理學家威廉·湯姆生
“物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是一些修飾工作。”
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
·
·
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·
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
維恩線
瑞利線
紫
外
災
難
維恩公式(1896)
瑞利-金斯公式(1900)
0
實驗值
λ/μm
1
2
3
4
5
6
7
8
1600K
輻射
強度
英國著物理學家威廉·湯姆生
現(xiàn)在，美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了，
“第一朵是邁克爾遜--莫雷實驗”
“第二朵是熱輻射現(xiàn)象中的紫外災難”
“物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是一些修飾工作。”
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
·
·
·
·
普朗克量子力學的誕生
相對論問世
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
兩朵烏云引發(fā)的變革
邁克爾遜-莫雷實驗
遇到的困境
黑體輻射
遇到的困境
1900年普朗克獲得了一個純粹的經(jīng)驗公式
普朗克公式
0
實驗值
/μm
1
2
3
4
5
6
7
8
1600K
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
1901年普朗克提出能量量子化子假說：
微觀帶電粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。
h=6.626 10-34J·s----普朗克常量
ε=h
普朗克
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
——能量子
萊布尼茲
（數(shù)學家、哲學家）
從連續(xù)到不連續(xù)
“……自然界不會突變
……間斷性同科學格格不入……”
“我的發(fā)現(xiàn)要么是荒誕無稽的，要么也許是牛頓以來物理學最偉大的發(fā)現(xiàn)之一”
普朗克
1918年獲諾貝爾物理學獎，
墓志銘h ＝6.63×10－34J·s
任務三：解釋物體輻射電磁波的規(guī)律
1910年密立根油滴實驗
——電荷量子化
1905年愛因斯坦
提出光量子假說
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
氫原子光譜的實驗規(guī)律：
氫原子光譜是彼此分立的線狀光譜
經(jīng)典理論無法解釋原子光譜的分立性
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
能級：
原子具有量子化的能量值。
玻爾提出
定態(tài)假說
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
能級：
原子具有量子化的能量值。
玻爾提出
定態(tài)假說
n=6
n=5
n=4
n=1
n=3
n=2
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
量子力學之父
1900
1905
1913
1925
1926
1928
愛因斯坦
海森堡
狄拉克
薛定諤
玻爾
普朗克
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
——連續(xù)
宏觀
微觀
——不連續(xù)、量子化
按能量子假說，溫度為何不是一段一段地下降？
宏觀“連續(xù)性”和微觀“量子化”的和諧
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
在一杯開水中放入一支溫度計
視頻：來自中國的超級科技——量子芯片
任務四：了解量子力學的發(fā)展和應用
13.5 能量量子化
熱輻射
黑體輻射
經(jīng)典物理
紫外災難
普朗克
能量量子化
宏觀“連續(xù)性”
微觀“量子化”
13.5 能量量子化
能量子：ε=h
黑體：理想化模型
能級
兩朵烏云引發(fā)變革

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