人教版高中物理必修第三册 13.5 能量量子化 课件(共23张PPT)

(共23张PPT)
13.5 能量量子化
形形色色的电磁波
1. 概念：我们周围的一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。
固体在温度升高时颜色的变化
1400 K
800 K
1000 K
1200 K
例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橘红到黄白色。
一、热辐射现象
如：一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯
昏黄色
接近白色
2. 特征：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度升高，电磁波的短波成分增加。
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。
低温物体发出的是红外光；
炽热物体发出的是可见光；
高温物体发出的是紫外光。
3. 热辐射的主要成分：室温时，波长较长的电磁波；高温时，波长较短的电磁波。
“非典”期间，很多地方用红外热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗？
即时讨论1
物体除了辐射电磁波外，还会吸收、反射外界射来的电磁波。
不透明体
外来各种波长的辐射能
反射某些波长的辐射能
吸收某些波长的辐射能
（随物而异）
发射各种波长的热辐射能
（随物而异）
T
T
一
处
于
某
温
度
实际物体热辐射的复杂性
（随物而异）
热辐射的辐射强度与温度、物体种类及其表面情况有关，太复杂了！
怎么去研究热辐射的客观规律呢？
黑体：如果一个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，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。
黑体模型
不透明材料
制成的带小孔的空腔
空腔上的小孔
二、黑体与黑体辐射
注意：（1）黑体是个理想化的模型。
（2）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。
平行光管
三棱镜
T
T
空 腔
1、实验原理及装置图：加热空腔使其温度升高，小孔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。
三、黑体辐射的实验规律
1700k
1500k
1300k
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。
2、黑体辐射的实验规律
哪里是黑体？哪里是黑体辐射？
用心观察图中居民楼，如果从远处看窗子，有的较亮些，有的较暗些，为什么？
即时讨论2
3. 经典物理学所遇到的困难
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
── 紫外灾难
实验
瑞利-金斯线
维恩线
T=1646k
普朗克能量子假说
1. 辐射物体中包含大量振动着的带电
微粒，它们的能量是某一最小能量
的整数倍：E = nε n = 1，2，…
2. ε 叫能量子，简称量子，n 为量子数，它只取正整数 — 能
量量子化；
3. 谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；
4. 对于频率为 ν 的谐振子，最小能量为：
h = 6.626 10 ─34 J·s — 普朗克常量
能量
量子
经典
四、能量子：超越牛顿的发现
黑体辐射公式
1900 年 10 月19 日，普朗克在
德国物理学会会议上提出一个黑体
辐射公式
M.Planck 德国人 1858－1947
五、普朗克能量子理论成功解释黑体辐射
h = 6.626 10 ─34 J·s
五、普朗克能量子理论成功解释黑体辐射
实验
瑞利-金斯线
维恩线
T=1646k
普朗克线
普朗克
能量量子化 ─ 物理学的新纪元
牛顿以来物理学最伟大的发现之一
跨出了真正说明物质世界量子性的第一步
爱因斯坦
Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，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。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h = 6.626 10 ─34 J·s
1 下列叙述正确的是 ( )
A. 一切物体都在辐射电磁波
B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温
度有关
D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
ACD
2.　关于对黑体的认识，下列说法正确的是(　　)
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体
C
A
3.红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是(　　)
A.红光 B.橙光
C.黄光 D.绿光
4.小灯泡的功率P＝1 W，设其发出的光向四周均匀辐射，平均波长λ＝10－6m，求小灯泡每秒钟辐射的光子数是多少？
(h＝6.63×10－34 J·s)
解析　每秒钟小灯泡发出的能量为E＝Pt＝1 J
1个光子的能量：
小灯泡每秒钟辐射的光子数：
1. 热辐射现象
2. 黑体与黑体辐射
黑体：吸收而不反射电磁波
3. 黑体辐射的实验规律
温度升高，辐射强度增加；
辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
4. 能量子：超越牛顿的发现
5. 普朗克能量子理论成功解释黑体辐射
ε =hν
h=6.626 10-34J·s ——普朗克常量