資源簡介

(共22張PPT)
量子論使人們認識了微觀世界的運動規律，并發展了一系列對原子、分子等微觀粒子進行有效操控和測量的技術。圖為利用掃描隧道顯微鏡將48個鐵原子排成的"原子圍欄"。那么，人們認識量子規律的第一步是怎樣邁出的
新課導入
第1節 普朗克黑體輻射理論
第四章 原子結構和波粒二象性
1、熱輻射
⑴定義
任何物體在任何溫度下都會輻射電磁波的現象。（熱傳遞的三種方式之一）
⑵原因
物體分子無規則運動，輻射電磁波。
⑶特點
物體溫度高，輻射能量本領強，電磁波的短波成份多，長波成份少。（各種波長都有）
2、實際熱輻射的復雜性
T
T
外來各種波長的輻射能
反射某些波長的輻射能
（隨物而異）
吸收某些波長的輻射能
（隨物而異）
（故也隨物而異）
發射各種波長的熱輻射能
對熱輻射規律的研究顯得較復雜
不透明體
度
于
某
一
溫
處
學習任務一
學習任務一 黑體與黑體輻射
T
T
外來各種波長的輻射能
無任何反射
能全部吸收各種波長的輻射能
發射各種波長的熱輻射能
不透明體
度
于
某
一
溫
處
假設有這樣一種物體
這種假設的物體稱為黑體
不透明體
1、黑體
如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長（不僅是可見光）的電磁波而不發生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。
----理想模型
絕對的黑體是不存在的，但它是研究熱輻射的重要理論模型。
值得注意的是實驗室常用的黑體經典模型。
2、黑體的實驗模型
對空腔加熱
至某熱平衡溫度
對空腔加熱
至某熱平衡溫度
T
T
通過小孔進入腔內的輻射能反射回小孔出射的機會極小，幾乎全部被腔壁吸收。
不透明材料空腔
開一小孔
小孔表面好比黑體
（吸收全部入射的輻射能而無反射）
從小孔表面出射的就是處于某一熱平衡溫度T的實驗黑體的輻射能，進而探索其能譜分布規律。
3、黑體輻射測量系統示意圖
黑體（小孔表面）
T
集光透鏡
平行光管
分光元件
會聚透鏡及探頭
分光元件（如棱鏡或光柵等）將不同波長的輻射按一定的角度關系分開，轉動探測系統測量不同波長輻射的強度分布。再推算出黑體單色輻出度按波長的分布。
例1 [2023·日照一中月考] 關于對黑體的認識,下列說法正確的是 (　)
A.黑體不僅能吸收電磁波,也能反射電磁波
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.以上均不對
學習任務一
C
[解析]黑體只能吸收電磁波,不能反射電磁波,A錯誤;
黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關,故C正確,B、D錯誤.
【要點總結】
1.黑體是一個理想化的物理模型.
2.黑體看上去不一定是黑的,有些可看成黑體的物體由于自身有較強的輻射,看起來還會很明亮.例如太陽為氣體星球,可以認為射向太陽的電磁波很難被反射回來,太陽可以看作黑體.
3.一般物體與黑體的比較
學習任務一
熱輻射特點 吸收、反射特點
一般 物體 輻射電磁波的情況與溫度、材料的種類及表面狀況有關 　既吸收又反射電磁波
黑體 輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 　完全吸收入射的各種波長的電磁波,不反射
[物理觀念]
學習任務二 黑體輻射的實驗規律
學習任務二
經典物理學所遇到的困難
解釋實驗曲線——一朵令 人不安的烏云
（1）維恩的半經驗公式：
短波符合，長波不符合。
（2）瑞利—金斯公式：
長波符合，短波荒唐。
——紫外災難
[物理觀念]
學習任務二 黑體輻射的實驗規律
學習任務二
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 Maxwell方程。
另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規律---能量轉化與守恒定律。
當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發展到頭了。
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。”
但開爾文畢竟是一位重視現實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：
“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，……”
黑體輻射實驗規律
輻射強度:單位時間內從物體單位面積上所發射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。
發現：隨溫度的升高
⑴各種波長的輻射強度都在增加；
⑵輻射強度的最大值向短波方向移動
黑體輻射的實驗規律
[物理觀念]
學習任務二 黑體輻射的實驗規律
學習任務二
這兩朵烏云是指什么呢？
黑體輻射實驗
邁克爾遜-莫雷實驗
普朗克量子力學的誕生
相對論問世
量子力學
相對論
微觀領域
高速領域
經典力學
例2 如圖所示是黑體的輻射強度與其輻射光波波長的關系圖像,則下列說法正確的是 (　)
A.隨著溫度的升高,黑體的輻射強度都有所降低
B.隨著溫度的升高,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動
C.T1>T2
D.T1學習任務二
C
[解析] 隨著溫度的升高,黑體的輻射強度都會增加,同時輻射強度的極大值向左側移動,即向波長較短的方向移動,則T1>T2,故選C.
變式1 (多選)黑體輻射的實驗規律如圖所示,由圖可知 ( 　)
A.隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增加
B.隨溫度降低,各種波長的輻射強度都增加
C.隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動
D.隨溫度降低,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動
學習任務二
ACD
[解析]由題圖可知,隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增加,且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,當溫度降低時,上述變化都將反過來,故A、C、D正確,B錯誤.
不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
其中：ν是電磁波的頻率
h是一個常量：普朗克常量
h＝ 6.62607015×10-34 J·s
1、能量子
表達式：
ε＝hν
微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的。
2、分立和連續
連續的
分立的、量子化的
1
2
3
4
5
6
7
學習任務三 能量子
學習任務三
[物理觀念]
學習任務三 能量子
學習任務三
普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射
黑體輻射公式
1900 年 10月 19日，普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式。
例3 某激光器能發射波長為λ的激光,那么激光的能量可以取任意值嗎 是連續的還是一份一份的 設普朗克常量為h,那么激光能量子是多大 如果激光發射功率為P,那么每秒鐘發射多少份能量子 (光速為c)

學習任務三
[答案] 不可以　一份一份的　　
[解析] 根據能量子假說可知,激光的能量不是連續的,而是一份一份的,所以激光的能量不可以取任意值.
根據ε=hν和c=λν,可得激光能量子ε=h.
若激光發射功率為P,則每秒鐘發射能量子的份數n==.
變式2 [2023·合肥一中月考] 如圖所示,高效而環保的光催化捕蚊器采用蚊子喜愛的紫外線誘捕蚊子.捕蚊器發射的紫外線的頻率為8.0×1014 Hz,普朗克常量h取6.6×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,則下列說法正確的是 (　)
A.紫外線可用于加熱理療
B.紫外線的頻率比可見光小
C.該紫外線在真空中的波長為2.4×1023 m
D.該紫外線能量子為5.28×10-19 J
學習任務三
D
學習任務三
[解析] 紅外線的熱效應顯著,紅外線用來加熱理療,而紫外線的化學作用與熒光作用顯著,常用來殺菌和消毒,故A錯誤;
紫外線屬于電磁波,紫外線的頻率比可見光高,B錯誤;
該紫外線在真空中的波長為λ= m=3.75×10-7 m,故C錯誤;
該紫外線能量子為ε=hν=6.6×10-34×8.0×1014 J=5.28×10-19 J,故D正確.
【要點總結】
對能量量子化的理解
(1)普朗克認為微觀粒子的能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是分立的.
(2)物體在發射或接收能量的時候,只能從某一狀態“飛躍”地過渡到另一狀態,而不可能停留在不符合這些能量的任何一個中間狀態.
(3)在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為,物體的運動是連續的,能量變化是連續的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時必須考慮能量量子化.
學習任務三
普朗克黑體輻射理論
黑體輻射
能量子
黑體
黑體輻射的特點
黑體輻射的實驗規律
定義
能量量子化的意義
課堂小結
課后習題
1.可見光波長的大致范圍是400 760nm。400nm、760nm電磁輻射的能量子ε的值是多少？
課后習題
2.在一杯開水中放入一支溫度計，可以看到開水的溫度是逐漸降低的。根據能量量子化理論，開水的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呢？

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