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)
13.5 能量量子化
很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗
探究：对辐射的理解
提示：
根据热辐射规律可知，人的体温的高低直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度.因此通过监测被测者辐射的红外线的情况就可以知道这个人的体温.
热辐射
在炉火旁边有什么感觉？
冬天会感觉到很暖和，
因为炉火在辐射能量
热辐射
随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。
1、定义：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，所以叫热辐射。
2、特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。
一、热辐射
常温时，物体热辐射的波长较长，不能引起人的视觉。随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块发光的颜色在不断发生变化，波长较短的成分越来越强。
常温下我们为什么能看到不发光的物体？
如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，会怎样？
答：除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。
观察：白天透过窗户看不开灯的房子里面是一片漆黑。
结论：房子里面一片漆黑是没有反射光进入我们眼睛。
1、定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
2、黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
二、黑体
绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个黑体。
一般物体与黑体的比较
热辐射特点 吸收、反射特点
一般物体 辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类及表面状况有关 既吸收又反射,其能力与材料的种类及入射波长等因素有关
黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波,不反射
1．以下说法中正确的是( )
A．一切物体都在进行着热辐射
B．只有高温物体才进行热辐射
C．严冬季节里物体不发生热辐射
D．以上说法都有可能
课堂练习
A
2.对黑体的认识,下列说法正确的是（ ）
A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的
B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体的温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关
C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,与材料的种类及表面状况无关
D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔,射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收,最终不能从小孔射出,这个空腔就成了一个黑体
C
D答案中小孔是黑体
3．下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是（　　）
A．一切物体都在辐射电磁波
B．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
C．黑体辐射强度的极大值跟温度无关
D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关
C
对黑体的理解：
1.黑体虽然不反射电磁波，但是同其他物体一样也在不停的向外辐射电磁波。
2.黑体是一种理想化模型。
3.黑体不一定是黑的。
黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。
借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好。
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。
普朗克能量子假说：
带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射和吸收的。在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的，这种现象叫能量的量子化。
三、能量子—普朗克，超越牛顿的发现
1.普朗克的能量子假说
(1)能量子
振动着的带电微粒的能量只能是最小能量值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,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子公式:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。h≈6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。
(3)能量量子化:微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的。这种现象叫能量量子化。
宏观世界能量的连续性
你能不能找到一个实例，来区别“连续”和“量子化”？
1.人是不连续的，我们可以说一个班由35名学生，或30名学生，但不会由25.2个学生。
2.一栋楼的层数是量子化的，楼的高度值是连续的
普朗克的量子化假设的意义
(1)普朗克的能量子假设,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。成为物理学发展史上一个重大转折点.
(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征.
(3)很好的解释了黑体辐射规律。
(4)为爱因斯坦提出光子说和氦原子光谱的不连续打下基础。
Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。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，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
1905年，为了解释光电效应现象，德国物理学家爱因斯坦把普朗克能量子的假设进行了推广，他认为普朗克的观点是不彻底的，仅仅认为电磁波在吸收和辐射时，才显示出不连续性是不够的，实际上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——光子组成的， 频率为ν的光子的能量为
h 为普朗克常量。 爱因斯坦的光子说，成功的解释光电效应现象。
四、光子说——爱因斯坦
五、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（energy level）。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运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量
也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的
亮线。
例： 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？
1．把“能量子”概念引入物理学的物理学家是（ ）
A．托马斯·杨
B．普朗克
C．麦克斯韦
D．赫兹
B
课堂练习
2．以下宏观概念，哪些是“量子化”的( )
A．木棒的长度
B．物体的质量
C．物体的动量
D．学生的个数
D
3．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是 ( )
A．红光
B．橙光
C．黄光
D．绿光
A
4．仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是(　　)
A．氢原子只有几个能级
B．氢原子只能发出平行光
C．氢原子有时发光，有时不发光
D．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的
D
课堂小结
1、热辐射：我们周围一切物体都在辐射电磁波，这种与物体的温度有关的辐射称为热辐射
2、黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体
3、能量子：物体吸收或发射电磁辐射，只能以能量量子的方式进行，其大小
4、光子：光本身就是一个个不可分割的能量子
5、原子能级：原子能量的量子化