13.5 能量量子化 课件(共26张PPT) 2023-2034学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共26张PPT)
第5节 能量量子化
第十三章
电磁感应与电磁波初步
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
1.了解热辐射的概念和特点，了解黑体的概念及黑体辐射的特点。
2.了解能量子的概念及其提出的科学过程，了解光子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
3.了解能级的概念，并能解释原子光谱的分立特征，了解量子力学的建立。
知识点一：热辐射
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，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)
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，……”
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
迈克尔逊-莫雷实验
黑体辐射实验
迈克尔逊-
莫雷实验
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
量子力学
相对论
微观领域
高速领域
经典力学
1.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。
（1）定义：
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，热辐射中较短波长的成分越来越强。
辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
（2）特点：
例如，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。
2.黑体
除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的物体的颜色就是反射光所致。
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。
——理想模型
思考：生活中，哪些物体可以看作是黑体？
开孔的黑盒子
远处的窗口
遥远的恒星
雪
研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
3.黑体辐射
黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。因为黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关，所以在研究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究。
物体中存在着不停运动的带电微粒，带电微粒的振动会产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。
黑体辐射的实验规律
①一般材料的物体，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。
②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
1.近年因为“新冠”疫情，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？
跟踪导练
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。通过监测被测者辐射的红外线的情况就知道这个人的体温。
2.（多选）下列叙述正确的是（ ）
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
ACD
知识点二：能量子
微观世界的某些规律，在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
振动着的帯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…这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
和我们学习电荷数类似：只能是元电荷的整数倍。
微观
宏观
连续
分立的，量子化的
ε=hν
不可再分的最小能量值ε叫做能量子
h=6.626×10-34J s——普朗克常量
能量只能是最小能量值ε的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε。n为正整数，称为量子数。
1.能量子:
2.量子数:
比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。
能量子的观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同
例如，一个宏观的单摆，小球在摆动的过程中，受到摩擦阻力的作用，能量不断减小，能量的变化是连续的。而普朗克的假设则认为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。
思考：请列举出实际生活中有关“连续”和“量子化”的实例吗？
与同学分享交流。
人的个数是量子化的，可以说某个班有35名或40名学生，但不会有30.8个学生，因为一个学生就是一个基本单位，不会有0.8个学生；山坡的高度使连续变化的等
一条光线
光子
爱因斯坦的光子概念
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叫作光子。
ε=hν
（光子能量）
跟踪导练
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
知识点三：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）。
分立轨道
1 2 3 4
E4
E3
E2
E1
定态
跃迁
E4
E3
E2
E1
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。
量子力学的建立
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。
一、热辐射
1.热辐射
（1）定义：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。
（2）特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2.黑体：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。
3.黑体辐射
二、能量子
（1）能量子：不可再分的最小能量值ε叫做能量子
ε=hν h=6.626×10-34J s——普朗克常量
（2）量子数：能量只能是最小能量值ε的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε。n为正整数，称为量子数。
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叫作光子。
三、能级
1.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。
2.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。