物理人教版（2019）必修第三册13.5 能量量子化（共19张ppt）

(共19张PPT)
第十三章　
电磁感应与电磁波初步
13.5　能量量子化
目录
二、知识讲解
三、小结
四、练习
一、上节回溯
一、上节回溯
1．电磁场；
2．电磁波；
3．电磁波谱；
4．电磁波是一种真正存在的物质，且具有能量。
二、知识讲解——热辐射
　　把铁块投进火炉里，刚开始只是发热并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？
问题引入
热辐射
二、知识讲解——热辐射
　　我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。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，热辐射中波长较短的成分越来越强。
　　例如，随着温度升高，铁块从发热到发光，铁块的颜色也在不断发生变化。
热辐射
二、知识讲解——热辐射
　　大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
固体在温度升高时的颜色变化
800 K
1000 K
1200 K
1400 K
黑体辐射
二、知识讲解——热辐射
　　物体表面会吸收和反射外界射来的电磁波。
　　如果某种物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作绝对黑体，简称黑体。黑体不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波。
黑体模型
黑体辐射
二、知识讲解——热辐射
　　黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，因此研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
特点：随温度的升高
1．各种波长的辐射强度都在增加；
2．辐射强度的峰值向短波方向移动。
黑体辐射实验的规律
二、知识讲解——能量子
　　物理学家用经典电磁理论解释黑体辐射实验规律时遇到了严重的困难。
紫外灾难
实验值
M0 (λ , T )
λ
维恩公式
瑞利公式
（1）维恩公式：短波符合，长波不符合；
（2）瑞利公式：长波符合，短波荒唐。
——紫外灾难
能量子
二、知识讲解——能量子
　　为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克进行了多种尝试，进行了激烈的思想斗争，最后不得不承认：微观世界的某些规律在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
　　普朗克假设：能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的整数倍。
ε＝hν
　　其中 ν 为电磁波的频率，h 是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为
h＝6.62607015×10-34 J·s
能量子
二、知识讲解——能量子
　　受到普朗克能量子假设的启发，年轻的爱因斯坦认为电磁场本身就是不连续的。也就是说光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的。这些能量子后来被称为光子。
二、知识讲解——能级
　　微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。
　　通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。气体放电管中的原子受到高速电子的撞击，有可能会跃迁到较高的能级状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发的向较低的能级跃迁，放出光子。
　　原子的能级是分立的，所以释放的光子的能量也是分立的。因此原子的发射光谱也是分立的亮线。
能级
量子力学
二、知识讲解——能级
　　19 世纪末和 20 世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，它们的运动规律大多不能用经典力学来解释。20 世纪 20 年代，量子力学建立了，它在现代科学技术中发挥了重要作用。
激光技术
光纤通信
科学漫步
二、知识讲解——能级
“聆听”宇宙
中国天眼
三、小结
1．热辐射；
2．黑体；
3．能量子：ε＝hν ；
4．能级。
1．对应于 7.4×10-19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？
四、练习
答：根据公式 ε＝hν和ν＝ 可得：ν＝＝1.12×1015 Hz ，λ＝＝2.68 ×10-7 m 。
2．氦氖激光器发射波长为 632.8 nm 的单色光，这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为 18 mW ，则每秒发射多少个光子？
四、练习
答： ε＝hν＝h＝3.14×10-19 J 。每秒发射的光子数 n＝＝5.73×1016。
3．晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”，你能判断出哪种恒星的表面温度更高吗？说出你的道理。
四、练习
答：恒星的表面颜色取决于它的表面温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝。所以，蓝色恒星的表面温度更高。
谢谢