物理人教版2019必修第三册13.5能量量子化（共25张ppt）

(共25张PPT)
第5节 能量量子化
第十三章
电磁感应与电磁波初步
课标定位
1、了解黑体辐射和能量子的概念。
2、了解黑体辐射的实验规律。
3、了解能级、跃迁以及基态、激发态等概念。
4、会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量。
素养阐释
1、物理观念：黑体辐射、能量子、跃迁
2、科学思维：通过探究黑体辐射的实验规律，理解能量量子化、轨道量子化，初步了解量子理论。
引入
观察铁钉的颜色变化，思考产生这种现象的原因？
固体或液体在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
一、热辐射
无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度而变化。
铁块从发热到发光的颜色变化
1、热辐射:一切物体由于分子、原子受到激发都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，故称为热辐射；
2、热辐射强度按波长分布情况随温度变化而不同：温度升高，辐射电磁波中短波长成分更多；
固体在温度升高时颜色的变化
1400
K
800
K
1000
K
1200
K
3、黑体：除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外来的电磁波，如果某物体能够完全吸收入射各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体。
一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
近似黑体
研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
4. 经典物理学所遇到的困难
1) 维恩的半经验公式：
短波符合，长波不符合
2) 瑞利 ─ 金斯公式：
长波符合，短波荒唐 ── 紫外灾难
维恩线
紫
外
灾
难
0
实验值
/μm
1
2
3
4
5
6
7
8
瑞利 ─ 金斯线
解释实验曲线 ── 一朵令人不安的乌云
【课堂反馈1】黑体辐射的实验规律如图,由图可知 ( 　　)
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加
C．随温度升高，辐射强度的极大值
向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值
向波长较长的方向移动
ACD
二、能量子
为了对黑体辐射做出解释，德国物理学家普朗克推导：微观世界的某些规律，看来可能非常奇怪。
1.定义：普朗克认为，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。例如，可能是ε或2ε、3ε…当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
普朗克1858－1947
2.能量子大小：对于频率为ν的能量子，
它的大小：ε=hν h=6.626 10-34J/s——普朗克常量
能量
量子
经典
4.光子说：爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，把能量子假设进行了推广，他提出：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为v的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
3.能量的量子化：只能取一系列分立值，不能连续变化.
维恩线
紫
外
灾
难
0
实验值
λ/μm
1
2
3
4
5
6
7
8
瑞利 ─ 金斯线
普朗克
1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式
这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，为量子力学的诞生奠定了基础。
1905年，爱因斯坦提出光量子假说，成功地解释了光电效应；1906年，他又将量子理论运用到固体比热问题，获得成功。
1912年，玻尔将量子理论引入到原子结构理论中，克服了经典理论解释原子稳定性的困难，建立了他的原子结构模型，取得了原子物理学划时代的进展。
1922年，康普顿通过实验最终使物理学家们确认光量子图景的实在性，从而使量子理论得到科学界的普遍承认。
【课堂检测2】氦—氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为(　　)
A．2.2×1015　　　　　　　　B．3.2×1015
C．2.2×1014 D．3.2×1014
B
解析：一个光子能量为：
每秒发出的光子数为
个
三、能级
－－－－－－－
1
2
3
4
5
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0 eV
n
E/eV
∞
基态
激发态
原子核
电子
+
玻尔原子模型图示
量子数
微观世界中能量量子化的观念也适用于原子系统
1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。
2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。
3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。
4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，辐射的光子的能量也是分立的，有确定的频率，
所以原子光谱只有一些分立的亮线。
针对原子光谱是线状谱(分立)提出
5、跃迁量子化假说
E4
1
2
3
4
5
E1
E3
E2
E5
E∞
n
原子从一种定态（能量为Em）跃迁到另一定态（能量为En ）时，会辐射 (或吸收) 一定频率的光子。光子的能量由这两个定态的能量差决定，即：
能量子的发展意义
首先便是我们所熟知的一切电子产品，都有必备的晶体管，便是根据量子力学所研究出来的，无论是AMD又或者是英特尔，再者我们手机中的CPU,他们能够运行都归功于量子力学。
在天文学，或者是天气预报时，对于时间的要求是十分准确的，准确到不能有0.01秒的偏差，因为其导致的结果是灾难性的，所以，根据量子原理所组建的原子钟，完美的解决了这个问题，最厉害的艳原子钟，即使过了2000万年，其时间误差依然能保持在1秒之内。
在军事领域上，量子力学可谓是大显神威，无论是核武器的研究，又或者是导弹系统的创建它都参与其中，甚至连激光武器，都离不开量子力学。激光武器之所以能被开发运用，其根本理论来源于普朗克发现的量子力学原理。
【课堂反馈3】氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则(　　)
A.吸收光子的能量为hν1＋hν2
B.辐射光子的能量为hν1＋hν2
C.吸收光子的能量为hν2－hν1
D.辐射光子的能量为hν2－hν1
D
课堂小结
一、热辐射
二、能量子
三、能级
"能级"
"能级跃迁"
"定义"
"大小"： = ν
"量子化"
"光子 "
"热辐射"
"黑体"
【课堂检测1】(多选)关于辐射强度与波长的说法正确的是(　　)
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
BC
【课堂检测2】人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时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
【课堂检测3】红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道的闪光，每道闪光称为一个脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为P＝1.0×106 W，所发射的光脉冲持续时间Δt＝1.0×10－11 s，波长为693.4 nm(1 nm＝10－9 m)，求：
(1)每个光脉冲的长度；
(2)每个光脉冲含有的光子数。(已知h＝6.63×10－34 J·s，结果保留2位有效数字)
解析　(1) 根据s＝ct可知每个光脉冲的长度s＝cΔt＝3×108×1.0×10－11 m＝3.0×10－3 m。