物理人教版（2019）必修第三册13.5能量量子化（共22张ppt）

(共22张PPT)
13.5能量量子化
背景：1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成，
后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
--开尔文--
也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”（1900年）
一朵与黑体辐射有关
另一朵与迈克尔逊
实验有关
不到一年
量子论
1905年
相对论
问题：
把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，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
800K暗红
1000K橙
1200K黄
1400K黄白
1.定义：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射.
2.特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强.
一、热辐射
3.热辐射的主要成分:
室温时，波长较长的电磁波;高温时，波长较短的电磁波。
低温物体发出的是红外光
炽热物体发出的是可见光
高温物体发出的是紫外光
如图，一般的物体，除了热辐射外，还会吸收和反射电磁波。常温下我们看到不发光物体的颜色就是反射光所致。
为了研究热辐射，我们必须排除反射的干扰。找到一种完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体.
注意： 热辐射不只与温度有关还与物体种类材料和表面状况有关。
激光，日光灯发光不是热辐射。
1.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.
二、黑体和黑体辐射
在空腔壁上开一个很小的孔，射入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。
对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。但黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体温度有关。
理想化模型
2.黑体辐射实验规律
辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
观察结论:
(1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加。
(2)温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
判断正误
(1)热辐射只能产生于高温物体。(　　)
(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。(　　)
(3)黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的（ ）
(4)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。(　　)
(5)黑体是一种理想化模型实际并不存在。(　　)
×
√
×
√
√
物理学家总是力图用已有的知识来解释新发现的现象和规律。那么，怎样解释黑体辐射的实验规律呢 大家知道，物体中存在着不停运动的带电微粒，按照当时物理学的认知
每个带电微粒的振动都产生变化的 电磁场，从而产生电磁辐射。于是，人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。
维恩
瑞利
实验
维恩公式:
短波适合;长波不符合
瑞利公式:
长波适合;短波荒唐
普朗克理论 :
在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。能量是h 的整数倍。
最小能量为: E=hν
ν 是波的频率
瑞利公式
维恩公式
黑体辐射实验规律的解释（了解）
普朗克理论值
紫外灾难
两种经典的电磁理论
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
一朵令人不安的乌云。
o
实验值
/μm
维恩线
瑞利--金斯线
紫
外
灾
难
普
朗
克
线
1
2
3
4
5
6
7
8
1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门。
就在1900年，一个名叫爱因斯坦(AlbertEinstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效应.
能量量子化:物理学的新纪元
死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h = 6.626 10 ─34 J·s
三、能量子
1.普朗克的能量子概念
(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率.
(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化.量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离.
和我们学过的电荷量类似：只能是元电荷的整数倍
超越牛顿的发现
2.爱因斯坦的光子说
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子.频率为ν的光子的能量为ε＝hν.
爱因斯坦
1.玻尔的原子模型
(1)玻尔理论
轨道假设 原子中的电子在库仑引力的作用下,绕原子核做圆周运动,电子绕核运动的可能轨道是 不连续的
定态假设 电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态,因而具有不同的能量,因此,原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态称为定态,在各个定态中,原子不向外辐射能量
跃迁假设 原子从一个定态向另一个定态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子,光子的能量等于两个状态的能量差,即hν=Em-En
四、能级
(2)几个概念
a.能级:在玻尔理论中,原子各个状态的能量值。
b.基态:原子能量 最低 的状态。
c.激发态:在原子能量状态中除基态之外的其他
较高的状态。
d.量子数:原子的状态是不连续的,用于表示原子
状态的正整数 。
(3)氢原子的能级和轨道半径
a.氢原子的能级公式:En= E1(n=1,2,3,…),其中E1为基态能量,E1=-13.6 eV。
b.氢原子的轨道半径公式:rn= n2 r1(n=1,2,3,…),其中r1为基态轨道半径,
r1=0.53×10-10 m。
2.能级跃迁：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。
判断正误
(1)处于基态的原子是不稳定的，会自发地向其他能级跃迁，放出光子。(　　)
(2)不同的原子具有相同的能级，原子跃迁时辐射的光子频率是相同的。(　　)
×
×
（4）量子力学与现代生活
20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
核能的利用，计算机和智能手机的制造，激光技术等的应用都离不开量子力学。是量子力学引领我们迈入了现代社会，让我们享受到非富多彩的现代生活。
中国天眼-世界上最大的射电望远镜，“聆听世界”
那一眼,看破星辰,中国拥有了全世界最灵敏的“耳朵”---南仁东
1.列叙述不正确的是( )
A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
针对训练
B
2.（多选）关于对能量子的认识，下列说法正确的是(　　)
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍
C.能量子与电磁波的频率成正比
D.这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的
BC
3.(多选)氢原子的能级图如图所示,现有大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁,下列说法正确的是 (　　 )
A.这些氢原子可能发出6种不同频率的光
B.已知钾的逸出功为2.22 eV,则氢原子从n=3
能级跃迁到n=2能级释放的光子可以从金属
钾的表面打出光电子
C.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级释放的光
子能量最小
D.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,氢原子能量减小,电子的动能增加
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