13.5 能量量子化 课件 （共25张PPT） 2024-2025学年高一物理人教版（2019）必修第三册

(共25张PPT)
第四章 电磁振荡与电磁波
第5节 能量量子化
开尔文
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。
但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云。
那这两朵乌云是什么呢？
量子论
相对论
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
1.了解热辐射和黑体的概念.
2.初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量.
3.了解原子的能级结构.
一、热辐射
冬天会感觉到很暖和
红外热像仪监测人的体温
1.一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。
随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。
一、热辐射
为什么会发生这种颜色的变化呢？
一、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，热辐射中较短波长的成分越来越强。
除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的物体的颜色就是反射光所致。
2.黑体
：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。
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。
白天透过窗户看不开灯的房子里面是一片漆黑。
（1）黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。
（2）黑体不一定是黑的,只有当自身辐射的可见光非 常微弱时看上去才是黑的;
（3）有些物体有较强的辐射,看起来还会很明亮也有时被看作黑体来处理。
太阳
白炽灯灯丝
黑体辐射的实验规律
特点：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。
（3）黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。
(4)热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。
二、能量子
微观世界的某些规律，在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
振动着的帯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叫做能量子。
能量
量子
经典
和我们学习电荷数类似：只能是元电荷的整数倍。
ε叫能量子，简称量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
能量
量子
经典
比喻：电磁波就好象是机关枪发射子弹，子弹是一颗一颗向前运动的，每一颗子弹就好象是一份电磁波。
1.超越牛顿的发现
ε=hν
h=6.626×10-34J/s。——普朗克常量
这个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。
一条光线
光子
2.爱因斯坦的光子概念
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这些能量子后来被叫作光子。
ε=hν
（光子能量）
三、能级
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
（1）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。
（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，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
量子力学的建立
20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
核能的利用，计算机和智能手机的制造，激光技术。
科学漫步
"聆听"宇宙
宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。
1、下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的( )
A. 一切物体都在辐射电磁波
B. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
C. 黑体辐射强度的极大值跟温度无关
D. 一般物体辐射电磁波的强度与温度有关
C
2.某气体在、两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了、两种不同温度下黑体辐射的强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　）
A．图甲中>
B．图乙中所有分子的速率都增大
D．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动
D
3、能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为 ，已知可见光的平均波长 约为 ，普朗克常量 ，则进入人眼的光子数至少为( @42@ )。
A.1个 B.3个
C.30个 D.300个
B
4.一个氢原子从高能级跃迁到低能级,该氢原子 (　　)
A.放出光子,能量增加
B.放出光子,能量减少
C.吸收光子,能量增加
D.吸收光子,能量减少
B
一、热辐射
1.一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。
2.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：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。
二、能量子
ε叫能量子，简称量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
ε=hν
h=6.626×10-34J/s。——普朗克常量
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的这些能量子后来被叫作光子。
三、能级
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。