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
能量量子化
能量量子化掀起了物理学史上的一场革命，想象一下，能量不是连续流动，而是像珍珠项链一样，只能以特定的“量子”存在。这不仅改变了我们对光和物质的理解，还催生了量子计算机和激光技术。
1.初步了解微观世界中的量子化现象，知道量子论的主要内容。
2.知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，了解光的波粒二象性。
3.知道玻尔原子理论基本假设的主要内容。
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
1.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。
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
二、能量子假说
1.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
2.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
3.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
4.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。
1.光电效应
观察实验，思考实验现象产生的原因
光电效应实验视频
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
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。
1.光电效应
三、光子假说
2.光电效应的解释
如果光子的能量大于电子脱离金属表面所需的能量，则电子脱离金属表面产生光电子，且光的强度越大，光子的数量越多，则产生的光电子也越多；
否则，无论光的强度多大，都无法产生光电子。
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
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
五、原子结构的玻尔理论
经典理论认为：
电子在围绕着原子核要向外辐射电磁波，电子因能量减少而最终落到原子核上。
实际情况：原子是稳定的
经典理论认为：
电子轨道变化是连续的，辐射电磁波频率等于绕核运动频率，原子光谱应该是连续光谱。
实际情况：原子光谱是不连续的，是线状谱
五、原子结构的玻尔理论
1.轨道量子化
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。
玻尔
（1）电子在不同轨道上运动时能量是不同的，轨道的量子化势必对应着能量的量子化，这些量子化的能量值叫作能级。
（2）这些具有确定的能量稳定状态称为定态；
（3）能量最低的状态叫作基态；
（4）原子只能处在一系列不连续的能量状态中。
（5）原子的能量：原子的能量值是核外电子绕原子核运动时的动能与原子所具有的电势能的总和。
五、原子结构的玻尔理论
2.能量量子化
3.跃迁假设（频率条件）
（1）跃迁：原子由一个能量态变为另一个能量态的过程称为跃迁。
（2）电子从高能级向低能级跃迁：
库仑力做正功，减小电势能，原子的能量减少，要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出。
（3）电子从低能级向高能级跃迁：
电子克服库仑引力做功，增大电势能，原子的能量增加，要吸收能量。
五、原子结构的玻尔理论
（4）当电子从能量较高的定态轨道m跃迁到能量较低的定态轨道n时，会辐射出能量为hv的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hv=Em－En。反之会吸收光子。
3.跃迁假设（频率条件）
五、原子结构的玻尔理论
1. 关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是（ ）
A. 黑体是真实存在的
B. 普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公
式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元
C. 随着温度升高，各种波长的辐射强度有些会增强，有些会减弱
D. 黑体辐射无任何实验依据
B
2.2022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
3. 下列关于玻尔的理论叙述错误的是（ ）
A. 原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径不是任意的，有特定的轨道
B. 玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的
C. 原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是吸收能量的过程
D. 玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征
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