6.5 量子化现象 (共23张PPT)课件 2024-2025学年高一物理粤教版（2019）必修第三册

(共23张PPT)
第六章 电磁现象与电磁波
第5节 量子化现象
手持测温枪不与人体接触，是如何测出体温的呢？
思考：
1.知道热辐射，了解黑体辐射的概念
2.了解能量子的概念及提出的科学过程
3.了解波粒二象性的概念
3.了解能级、能级跃迁、能量量子化、原子发射光谱等概念，初步认识量子力学的建立在科技中的重要作用
一、光是一种电磁波
麦克斯韦
19世纪60年代，麦克斯韦建立了电磁场理论。 基于这一理论，他预言电磁波的存在。
麦克斯韦认为：光是一种电磁波，它通过电场和磁场的相互激发可以在真空中传播。
赫兹
1888年，赫兹用实验证实了电磁波的存在，并且证明了电磁波和光一样具有反射、折射、干涉和衍射等性质。
他还证明了电磁波的速度与光速相等。
二、能量子假说
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。
1.热辐射
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。
把铁块投进火炉中，随着温度的升高，铁块的颜色会慢慢发生变化。为什么会有这样的变化呢？
1.热辐射
二、能量子假说
用测温枪测体温时，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。
1.热辐射
二、能量子假说
二、能量子假说
我们知道，所有物体都发射出热辐射，这种辐射就是电磁波
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。
一个物体除了辐射外，物体表面还会反射外来的电磁波
二、能量子假说
2.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。
（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。
黑体辐射：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
（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。
0 1 2 3 4
1700K
1500K
1300K
1100K
辐射强度
二、能量子假说
3.黑体辐射
实验
瑞利线
维恩线
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。
维恩和瑞利的理论解释：
（1）维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。
（2）瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。
二、能量子假说
4.黑体辐射理论解释
1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设：
能量的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行。每一份的能量等于ε，称为能量子，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
普朗克
二、能量子假说
5.能量子
三、光子假说
当光照射在金属上时，有时会有电子从金属表面逸出，这种现象被称为光电效应，逸出的电子被称为光电子。
进一步实验发现，用不同频率的光去照射阴极时，发现光的频率越高，光电子动能越大，频率低于某一数值时，不论光的强度多大，都不能产生光电子。
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：
三、光子假说
爱因斯坦
光照
光子被电子所吸收
一部分能量用来脱离金属表面
一部分能量是电子离开金属表面时的动能
光电效应的解释：
四、光的波粒二象性
光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性。
光电效应则表明，光在与物体相互作用时，光子表现出粒子性。
我们把光的这种既具有波动性，又具有粒子性的性质称为光的波粒二象性
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。
分立轨道
1 2 3 4
E4
E3
E2
E1
定态
跃迁
E4
E3
E2
E1
五、原子结构的玻尔理论
1.能量量子化
五、原子结构的玻尔理论
2.轨道量子化
玻尔
玻尔认为，电子绕原子核做圆周运动，服从经典力学的规律，但轨道不能是任意的，只有半径在符合一定条件时，这样的轨道才是可能的，也就是说，电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射。
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
五、原子结构的玻尔理论
3.能级差
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
五、原子结构的玻尔理论
4.氢原子光谱
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
BC
2.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
C
3.2022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
C
1.光是一种电磁波
2.能量子假说：能量的发射与吸收不是连续的，而是一份一份地进行
3.光子假说：当光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一 份一份光量子，这些光量子被称为光子
4.光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性
5.原子结构的玻尔理论：（1）能量量子化
（2）轨道量子化