鲁科版高中物理必修第三册第5章初识电磁场与电磁波第4节初识光量子与量子世界课件（38页ppt）

(共38张PPT)
第5章　初识电磁场与电磁波
第4节　初识光量子与量子世界
核心素养：1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射. 2.初步了解 微观世界的量子化特征. 3.根据黑体辐射的实验规律，分析黑体辐射的强度与波长的 关系. 4.由黑体辐射实验结论与光的电磁理论的矛盾，领会这一科学突破过程中科学 家的思想.
第*页
研习任务一　热辐射的特点
合作　讨论
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？
提示：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度变化而有所不同.
核心　归纳
1. 黑体
定义：如果某种物体在任何温度下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.
实际上黑体只是一种理想情况，如在一个空腔壁上开一个很小的孔，那么射入小孔的 电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了 一个绝对黑体，如图所示.
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；有些 可看成黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔.
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. 一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点不同，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.
热辐射的特点 吸收、反射的特点
一般物体 辐射电磁波的情况与温度有 关，与材料的种类、表面状况 有关 既吸收又反射，其能力与材料 的种类及入射波的波长等因素 有关
黑体 辐射电磁波的强弱按波长的分 布只与黑体的温度有关 完全吸收各种入射电磁波，不 反射
A. 只有温度高的物体才会有热辐射
B. 黑体只是从外界吸收能量，从不向外界辐射能量
C. 黑体可以看起来很明亮，是因为黑体可以有较强的辐射
D. 一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类和表面情 况有关
CD
[解析]　任何物体在任何温度下都存在辐射，温度越高辐射的能力越强，A错误；能 够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体叫作黑体，黑体不反射电磁 波，但可以向外辐射电磁波，有些黑体有较强的辐射，看起来也可以很明亮，B错 误，C正确；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，与构成黑体 的材料、形状无关，而一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类 和表面情况有关，D正确.
黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强 度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关.
一般材料的物体，辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状 况有关.
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. 随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱
D. 黑体辐射无任何实验依据
解析：黑体并不是真实存在的，故A错误；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，故 B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都会增强，故C错误；黑体辐射是有 实验依据的，故D错误.
B
第*页
研习任务二　能量子和能级
合作　讨论
如图所示为我国首颗量子通信卫星“墨子号”.“墨子号”的成功发射使我国在 量子通信技术领域走在了世界前列.那么，量子通信的理论基础是什么？该理论的提 出背景又是什么？
提示：量子通信的理论基础来源于德国物理学家的能量量子化假设.该假设提出 的背景是经典电磁理论解释不了黑体辐射实验的实验规律.
教材　认知
一、光的量子化
1. 光的本质：19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦创立的经典电磁场理论揭示出 “光是一种 ”.
2. 光电效应：用光照射金属使金属发射出 的现象.
3. 光子：不可再分的 能量值.
4. 波粒二象性：光既具有 性，又具有 性.光在一定的条件下，突出 地表现出微粒性，实质为不连续性；在另一些条件下，又突出地表现波动性.
电磁波　
电子　
最小　
波动　
粒子　
二、初识量子世界
1. 量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量E只能是最小能量单位的整数倍， 即 （n＝1，2，3，…）.一份能量就是一个能量子，能量子的能量ε与频率ν 成正比，即 .
2. 如果一个物理量存在最小的 的基本单位，那么该物理量是量子化的.
[思考]　能量子还能分割吗？
提示：不可再分割，是最小的能量值.
E＝nε　
ε＝hν　
不可分割　
核心　归纳
1. 普朗克的能量子概念
（1）能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小 能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一 份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗 克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率.
（2）能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫 作能量的量子化.量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的.
2. 爱因斯坦的光子说
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量 子组成的，这些能量子被称为光子.频率为ν的光子的能量子为ε＝hν.
3. 能级及能级跃迁
（1）能级：微观世界的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.
（2）原子处于能量最低的状态是最稳定的.
（3）原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态，这些状态的原子是不稳定的，会 自发地向能量较低的能级跃迁.
（4）原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差，原子从 低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差.
A. 103 Hz B. 106 Hz
C. 109 Hz D. 1012 Hz
C
A. 宏观物体的长度是量子化的
B. 爱因斯坦借助于能量子假说完美的解释了黑体辐射规律
C. 能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，因此它一定是错误的观点
D. 激光中频率为ν的光子的能量为hν
解析：宏观物体的长度是连续的，选项A错误；普朗克借助于能量子假说完美的解释 了黑体辐射规律，选项B错误；能量子假说与宏观世界中对能量的认识相矛盾，但它 的观点是正确的，选项C错误；激光中频率为ν的光子的能量为hν，选项D正确.
D
第*页
课后提素养
√
√
√
×
√
D. 以上均不正确
A
A. 原子的能量是不可改变的
B. 原子的能量状态是不连续的
C. 原子具有分立的能级
D. 原子从高能态向低能态跃迁，放出的光子能量取决于两个能级的差值
解析：原子的能量是量子化的，亦即原子的能量状态是不连续的、具有分立的能级， 当原子在这些能级之间发生跃迁时，只能吸收或者放出能量与能级差值相同的光子， 故选项B、C、D正确.
BCD
A. 热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B. 温度越高，物体辐射的电磁波越强
C. 辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关
D. 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错 误，B正确；选项C是黑体辐射的特性，C错误；除光源外，常温下看到的物体的颜色 是反射光的颜色，D错误.
B
A. 能量子假设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
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的光照 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
解析：物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波，选项A错误；黑体辐射的强度与 温度有关，温度越高，则辐射强度的极大值也就越大；当铁块呈现黑色时，是由于它 的辐射强度的极大值对应的波长段在红外部分，甚至波长更长，说明它的温度不太 高，选项B正确；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 色的光的光照强度最强，选项C正确；太阳早、晚时分呈现红色，而中午时分呈现白 色，是大气的吸收与反射了部分光的原因，不能说明中午时分太阳温度最高，选项D 错误.
A. 红外线测温枪利用了一切物体都在不停地发射红外线，而且发射红外线 强度与温度有关，温度越高发射红外线强度就越大
B. 高温物体辐射红外线，低温物体不辐射红外线
C. 红外线也属于电磁波，其波长比红光短
D. 爱因斯坦最早提出“热辐射是一份一份的、不连续的”观点
解析：一切物体都在不停的发射红外线，而且发射红外线强度与温度有关，温度越高 发射红外线强度就越大，红外线测温枪就是利用这一特点工作的，A正确，B错误； 红外线属于电磁波，波长比红光长，C错误；普朗克在研究黑体辐射时，最早提出 “热辐射是一份一份的、不连续的”观点，D错误.
A
A. 1个 B. 3个
C. 30个 D. 300个
B
A. 物体的质量 B. 物体所受的力
C. 导体中的电流 D. 东北虎的个数
解析：所谓“量子化”，一定是不连续的，是一份一份的.
A. 红光 B. 橙光
C. 黄光 D. 绿光
解析：由E＝hν可知，红光的频率最小，其光子能量值最小.
D
A
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B. 能量子假说中将每一份能量单位称为“能量子”
C. 能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为电磁波的频率，h为普朗克常量
D. 能量子假说认为能量是连续的
解析：能量子假说认为能量是不连续的，是以能量子为最小单位一份一份进行 的，能量子的大小ε＝hν，ν为辐射电磁波的频率，h为普朗克常量，故D错误， A、B、C正确.
ABC
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 温度高的物体向外辐射电磁波，温度低的物体只吸收不辐射电磁波
B. 爱因斯坦为解释黑体辐射的规律，提出了“能量子”
C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布情况只与温度有关
D. 常温下我们看到物体是因为物体在不断辐射电磁波
解析：A错：温度高的物体和温度低的物体都向外辐射电磁波.B错：普朗克为解释黑 体辐射的规律，提出了“能量子”.C对：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布情况 只与温度有关.D错：常温下我们看到物体是因为物体在不断反射可见光，不是物体 辐射电磁波.
C
1
2
3
4
5
6
7
8
A. T1＞T2
B. T1＜T2
C. 随着温度的升高，黑体的辐射强度有所降低
D. 随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
解析：一般材料的物体的辐射与温度、材料及表面状况有关，而黑体辐射的强度按波 长的分布只与温度有关；实验表明，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增 加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.从题图中可看出，λ1＜λ2，则T1＞T2.
A
1
2
3
4
5
6
7
8
[能力提升]
A. 4∶5，4∶5 B. 5∶4，4∶5
C. 5∶4，5∶4 D. 4∶5，5∶4
B
1
2
3
4
5
6
7
8
A. 2.1×1021个 B. 4.2×1021个
C. 2.1×1015个 D. 4.2×1015个
B
1
2
3
4
5
6
7
8
8. 氦氖激光器发射波长为632.8 nm的单色光，这种光的一个光子的能量为多少？若 该激光器的发光功率为20 mW，则每秒发射多少个光子？
答案：3.14×10－19 J　6.37×1016 个
1
2
3
4
5
6
7
8