物理人教版（2019）必修第三册13.5能量量子化（共28张ppt）

(共28张PPT)
能量量子化
( 人教版必修第三册
电磁波成分：电磁波的频率范围很广。无线电波、光波（红外线、 可见光、紫外线）、 X射线、 γ射线都是电磁波。
复习回顾 激发兴趣
灯泡关闭 灯泡照射时 1分钟 2分钟
3分钟
黑色纸袋里面 的温度(℃)
白色纸袋里面 的温度(℃)
分组实验 引入新课
2.为什么黑色纸袋的温度比白色纸
袋温度高？
3.黑色纸袋吸收了灯泡的全部电磁
波吗？
1.为什么灯泡照射时温度会升高？
反射
吸收
辐射
分组实验 引入新课
“时间回到1900年...”
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
追根溯源 回顾1900
麦克斯韦
开尔文
牛顿
在加热铁块的过程中，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？
直接观察 亲身体验
常温下我们看到的物
体颜色就是人的眼睛 接受到来自于该物体 的电磁波
800K 1000K 1200K 1400K
炉中的铁块， 随着温度升高
直接观察 亲身体验
→
→
→
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
作热辐射。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，热辐射中波长较短的成分越来越强。
单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
如何消除反射电磁波的影响，只研究物
体辐射的电磁波与温度的关系？
直接观察 亲身体验
一座建设中的楼房还没有安窗子，尽管室内已经粉刷，知果从远处
观察，你会发现什么 为什么
我们看教室里看起来很暗，实际上里面是明亮的。 因为它反射的光进 不到我们的眼睛，相当于被教室“消化 ”了。
理想模型 深入思考
黑体：如果一个物体在任何温度下， 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称为绝对黑体。简称黑体
在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸 收，最终不能从空腔射出。这个小孔就可以看成一个绝对黑体。
德国物理学家基尔霍夫首先 提出了绝对黑体的模型。
黑体：理想化模型
理想模型 深入思考
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐
射就是黑体辐射。
1.测量黑体辐射的实验原理图
归纳分析 提出理论
测量系统
平行光管
三棱镜
空 腔
德国物理学家维恩在1896年提
出了辐射强度按波长分布的理 论公式
2.经典物理学所遇到的困难──解释实验曲线
归纳分析 提出理论
实验结果
2.经典物理学所遇到的困难──解释实验曲线
英国物理学家瑞丽在1900年提
出了辐射强度按波长分布的理 论公式
归纳分析 提出理论
实验结果
“凑出来”
的内插公式
1
1) 短波：
2) 长波：
3
波尔兹曼1877
年论文
纯热力学的论证 ， 推导维恩公式：
2.经典物理学所遇到的困难──普朗克能量子假说
2) 瑞利 ─ 金斯公式：
长波符合，短波不符合
1) 维恩的公式：
短波符合，长波不符合
2
1900年10月
鲁本斯
归纳分析 提出理论
全电磁谱 的公式
结合熵
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， 即能量是分立的。 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
1918年，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。
归纳分析 提出理论
黑体辐射实验：随着
温度的升高：
（1）各种波长的辐射
强度都有增加；
（2）辐射强度的极大
值向波长较短的方向 移动。
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。
宏观世界的连续 性
分立的， 量子化
合理外推 从“宏”到“微”
python程序模拟
连
续
微观
宏观
普朗克的量子化假设的意义:
普朗克的能量子假设,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。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。
联系生活实际说说你心中的连续性与量子化有什么区别？
合理外推 从“宏”到“微”
年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子的意义，他把能量子进 行了推广，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，频率为ν的光的能量子为 hν , h为普朗克常量。这些能量子后来被称为光子。
合理外推 从“宏”到“微”
1885年， 巴耳末对当时已知的，
在可见光区的4条谱线作了分
析，发现这些谱线的波长可以 用一个公式（ 巴耳末公式）表 示：
同样，经典物理学无法解释原子的稳定性和光
谱的特征。
合理外推 从“宏”到“微”
波尔原子结构假说 （1913）
普朗克黑体辐射的量子论
爱因斯坦的光量子论
合理外推 从“宏”到“微”
（1）轨道量子化：围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值
（2）不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却 不辐射能量， 因此这些状态是稳定的；
玻尔认为，原子中电子在库仑引力的作
用下，绕原子核做圆周运动。但电子运行轨道的 半径不是任意的，只有当半径大小符合一定条件 时，这样轨道才是可能的。电子在轨道上绕核的 转动是稳定的，不产生电磁辐射。
分立轨道
玻尔原子理论的基本假设
针对原子核式结构模型提出
1.轨道量子化
n=3 n=2
当电子在不同的轨道上运动时，具有不同的能
量，这些量子化的能量值叫做能级。
>能级： 量子化的能量值
>定态： 原子中具有确定能量的稳定状态
基态：能量最低的状态（离核最近）
激发态：其他的状态
针对原子的稳定性提出
量子数
2.能量量子化
——基态
能级图
激发态
m
E
E 4
n=5
n=4
n=1
E
E
5 4
E 1
v
3
2
3
2
1
5
针对原子光谱是线状谱提出
电子从能量较高的定态轨道Em跃迁到能
量较低的定态轨道En(m＞n)时，会放出能量
为hν的光子， hν =Em－En ；
反之，电子从较低的能量态En跃迁到较
高的能量态Em ，吸收能量为hν的光子，光子 的hν =Em－En 。
吸收光子 光子能量必须恰好等于能级差
跃迁
低能级
高能级
3.频率条件(跃迁假说)
辐射光子
玻尔理论对氢光谱的解释：玻尔从上述假设出发，计算出了氢的电子的轨
道半径和对应的能量值（能级） 。
n E/eV ∞ 0
4 -0.85
3 -1.51
2 -3.4
1 -13.6
合理外推 从“宏”到“微”
氢原子能级
合理外推 从“宏”到“微”
量子力学
氢原子光谱
氦原子光谱
热辐射
能量 子
能级
ε=hν
h=6.626×10-34J·s 。——普朗克常量
黑体辐射
总结提升 升华所学
晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏 红，有的偏蓝。你能判断出“红星”
和“蓝星”哪个表面温度更高吗？
教材练习与应用
总结提升 升华所学
谢谢