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第六章 电磁现象与电磁波
粤教版 必修三
第五节 量子化现象
课堂引入
手持测温枪不与人体接触，是如何测出体温的呢？
变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。
热辐射
我们周围一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，也称热辐射。
一切物体内都存在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就会向外辐射电磁波。
辐射强度按波长的分布规律随物体的温度不同而不同.
当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
问题与思考
02
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？
铁块从发热到发光，温度不同，颜色不同，颜色不同代表的就是辐射的电磁波的波长不同
人体向外辐射的电磁波不在可见光的范围内，我们人眼观察不到，测温枪可以探测到，从而来判断人体温度高低的。
问题与思考
02
常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。
提出问题
03
一个物体除了辐射外，物体表面还会反射外来的电磁波
黑体：如果某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，这物体称为黑体。
黑体
03
1、黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。
2、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。
在现实生活中，若物体反射的电磁波远远少于辐射的电磁波时，我们就可以把他们当成是黑体。
黑体
03
生活中，哪些物体可以看作是黑体？
远处的窗口
烟煤
遥远的恒星
开孔的黑盒子
射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终几乎不能从小口射出
反射的电磁波远远少于辐射的电磁波
黑体辐射：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，而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。
黑体辐射实验：随着温度的升高
各种波长的辐射强度都有增加；
辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
0 1 2 3 4
1700K
1500K
1300K
1100K
辐射强度
黑体辐射
04
实验
瑞利线
维恩线
维恩的半经验公式：
短波符合，长波不符合。
2. 瑞利—金斯公式波符合，短波荒唐。
——紫外灾难
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。
黑体辐射理论解释
05
经典的热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释
能量子
PART 02
1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设：
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……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为
是电磁波的频率，h 是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为
微观
宏观
连续
分立的，量子化
能量子
01
宏观世界的连续性
借助于能量子的假说，普朗克得出的黑体辐射的强度按波长的分布公式，与实验符合的非常好。
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。
能量子
01
光子假说
PART 03
光电效应
01
光本身就是一个个不可分割的能量子，后来被叫做光子，其能量为：
爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：
爱因斯坦与光子
02
能级
PART 03
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
能级
01
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。
氦原子光谱
能级差
02
玻尔理论对氢光谱的解释：玻尔从上述假设出发，利用经典理论和量子理论结合，计算出了氢的电子的轨道半径和对应的能量值（能级）。
氢原子能级
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
0
4
1
3
2
∞
n
E/eV
氢原子的能级
03
总结提升
PART 04
【练习1】（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（ ）
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
【参考答案】BC
课堂练习
【练习2】（2022春·湖南常德·高二汉寿县第一中学校考阶段练习）如图所示为黑体辐射的规律，由此图象得到下列结论正确的是（ ）
A．随着温度的降低，各种波长的辐射强度都增大
B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
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
D．黑体热辐射的强度与波长无关
【参考答案】C
课堂练习
【练习3】（多选）对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。下列与宇宙微波背景辐射的黑体谱相关的说法中正确的是（ ）
A．微波是指波长在10-3m到10m之间的电磁波
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
【参考答案】ACD
课堂练习
【练习4】（2022春·辽宁朝阳·高二阶段练习）2022年5月5日，我国成功利用“墨子号”量子科学实验卫星，实现了地球上1200公里间的量子态远程传输，这次实验的成功，意味着我国在量子通信网络建设领域向前迈出了重要的一步。下列关于量子化的说法正确的是（ ）
A．爱因斯坦首先提出了“能量子”的概念 B．物体的长度是量子化的
C．对于宏观带电物体，其电荷量是量子化的
D．能量子与电磁波的频率成反比
【参考答案】C
课堂练习
【练习5】由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长 。已知普朗克常量 ，光在真空中传播速度 ，则该激光中每个光子的能量为（ ）
A． B．
C． D．
【参考答案】A
课堂练习
