高中物理 人教版 必修第三册 13.5 能量量子化 课件（共28张PPT）

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13.5能量量子化
热辐射
能量子
能级
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热辐射
PART 1
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。
电磁波（电磁辐射）是怎么产生呢？
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
因为一切物体都在辐射电磁波，而且辐射与物体的温度有关，我们把这种辐射叫做热辐射。
一、热辐射
1.定义：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。
2.一般物体的热辐射除与温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关。
热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。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。
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。
如果某种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，会怎样？
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。
3.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。
一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
近似黑体
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。
为什么要研究黑体和黑体辐射呢？
4.黑体辐射的特点
（1）只与黑体的温度有关
（2）随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加
（3）随着温度的升高辐射
强度的极大值向波长较短的
方向移动。
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辐射强度
能量子
PART 2
黑体辐射的理论解释
(1)维恩的半经验公式——短波符合，长波不符合。
(2)瑞利—金斯公式——长波符合，短波荒唐。
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。
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
普朗克1858.4.23-1947.10.4
“量子力学之父”
1918年诺贝尔物理学奖
二、能量子
1.能量子假说: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,这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
2.能量子大小的公式
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。
3.能量子假说的意义:在微观世界中微观粒子的能量是一份一份的,或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。这种现象叫能量的量子化。
爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义,他把能量子假设进行了推广,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,频率为ν的光的能量子为hν,h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。
4.光子:本身就是由一个个不可分割的能量子组成,每一个
能量子称为光子。频率为ν 的光的能量子为ε =hν
例1.（单选）(2024河北邯郸永年二中月考)2015年中国发射卫星“悟空”,用来探测暗物质粒子和黑洞。黑洞是黑体的一种,关于黑体,下列说法正确的是(　　)
A.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布不仅与温度有关,还与材料的种类及表面状况有关
B.黑体能够反射各种波长的电磁波,但不会辐射电磁波
C.在黑体辐射实验中,随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D.爱因斯坦为得出黑体辐射的强度按波长分布的公式,提出了能量子假说
C
例2.（单选）（2024·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
C
例3.（单选）(2024河北高碑店崇德实验中学月考)关于能量量子化,下列说法正确的是(　　)
A.能量子假说最早是由爱因斯坦提出来的
B.微观粒子的能量是不连续的,只能是某一最小能量值的整数倍
C.电磁波的波长越长,其能量子越大
D.能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾,因而它一定是错误的观点
B
例4.（单选）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”。现代医学使用激光将角膜削平一些或削陡一些,从而改变眼的屈光度,所用激光的波长λ=193 nm。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m/s,则该激光中每个光子的能量为(　　)
A.3.0×10-19 J　　B.1.6×10-19 J
C.1.0×10-19 J　　D.1.0×10-18 J
D
能级
PART 3
1913年，玻尔把微观世界中物理量取分立值的观念应用到原子系统。
1.能级：原子的能量是量子化的。这些量子化的能量叫做能级。
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。
2.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，等于前后两个能级之差，原子的发射光谱只有一些分立的亮线.
例5.（单选）(2024江苏连云港期中)关于光子的发射和吸收,下列说法正确的是(　　)
A.原子从基态跃迁到激发态放出光子,放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B.原子不能从低能级向高能级跃迁
C.原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级,放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D.原子无论是吸收还是放出光子,吸收或放出的光子的能量可大于始、末两个能级的能量差
C
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