第十三章 第5节能量量子化--人教版高中物理必修第三册教学课件(共24张PPT)

(共24张PPT)
第5节 能量量子化
第十三章 电磁感应与电磁波初步
物理
学习目标
1.知道热辐射、黑体、黑体辐射的概念。
2.了解普朗克的能量子假设。
3.了解爱因斯坦光子假设。
4.知道原子能级及能级跃迁理论。
学习重难点
难点:黑体的概念、原子能级及能级跃迁理论。
重点:普朗克的能量子假设。
晒太阳可以使身体变暖，是通过什么方式改变人体内能的？冬天在火炉旁烤手是通过什么方式改变人体内能的？
新知导入
一.热辐射
我们周围的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。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。
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。
新知讲解
一、热辐射
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
（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？
实际物体热辐射的复杂性
思考与讨论
一座建设中的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？
黑体：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，这种物体就叫作黑体
近似黑体
研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
黑体辐射
只与温度有关。
二、能量子
普朗克能量子假说
能量
量子
经典
h = 6.626 10 ─34 J·s —— 普朗克常量
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
普朗克
牛顿以来物理学最伟大的发现之一
二、能量子
普朗克
能量量子化 ─ 物理学的新纪元
跨出了真正说明物质世界量子性的第一步
[思考与讨论] 尝试用普朗克的量子化观点回答：某激光器能发射波长为λ的激光，那么激光能量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为h，那么每个激光能量子的能量是多少？如果激光发射功率为P，那么每秒钟发射多少个能量子？
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（energy level）。
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。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。
【例题1】对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　）
A.黑体不会辐射电磁波
B.温度低于0℃的物体不会辐射电磁波
C.黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍
D.爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律
典例探究
[例题分析]一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的电磁波越强，A、B错误；普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，C正确，D错误。
[例题解答]C
[针对训练1]近年来军事行动中,士兵都佩戴“红外夜视仪”,在夜间也能清楚地看清目标,主要是因为(　　)
A.“红外夜视仪”发射出强大的红外线,照射被视物体
B.一切物体均在不停地辐射红外线
C.一切高温物体均在不停地辐射红外线
D.红外线属于可见光
解析:一切物体都在不停地向外辐射红外线,不同物体辐射出来的红外线不同,采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小和位置,不受白天和夜晚的影响,即可确认出目标从而采取有效的行动，B正确。
答案:B
[例题2] 人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒钟有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是(　　)
A.2.3×10－18 W B.3.8×10－19 W
C.7.0×10－10 W D.1.2×10－18 W
[例题解答]由c=λν可得光的频率ν=,则能量子的能量ε=hν=h。因为只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,所以察觉到绿光所接收的最小功率P=,式中E=6ε,可解得P=W≈ 2.3×10-18 W。
答案:A
[针对训练2] 神光“Ⅱ”装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则该紫外激光所含光子数为多少个？(保留2位有效数字)
解析:每个激光光子的能量为ε=h,该紫外激光中所含光子数为n=≈4.2×1021。
答案:4.2×1021个
[例题3] 氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态,由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，在原子所在激发态能量为________eV(保留2位有效数字)。
[例题分析]频率最大的光子能量为-0.96E1,即En-(-13.6 eV)=-0.96×(-13.6 eV),解得En=-0.54 eV。
[例题解答]-0.54
1.关于对热辐射的认识,下列说法正确的是(　　)
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:一切物体都在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。对于一般材料的物体,辐射强度按波长的分布除与物体的温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关,C错误。常温下我们看到的物体的颜色是反射光的颜色,D错误。
答案:B
课堂练习
2.(多选)以下关于辐射强度与波长的关系的说法正确的是(　　)
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强度最强
D.太阳早、晚时分呈现红色,而中午时分呈现白色,说明中午时分太阳温度最高
解析:热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波,A错设;太阳早、晚时分呈现红色,而中午时分呈现白色,是因为大气吸收与反射了部分光,不能说明中午时分太阳温度最高，D错误。
答案:BC
3.(多选)关于“能量量子化”,下列说法正确的是(　　)
A.认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的
B.认为能量值是连续的
C.认为微观粒子的能量是量子化的、连续的
D.认为微观粒子的能量是分立的
解析:普朗克的理论认为带电微粒辐射或吸收能量时,是一份一份的,微观粒子的能量是量子化的,是分立的,A、D正确,B、C错误。
答案:AD
4.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则(　　)
A.吸收光子的能量为hν1+hν2
B.辐射光子的能量为hν1+hν2
C.吸收光子的能量为hν2-hν1
D.辐射光子的能量为hν2-hν1
解析:由题意可知Em-En=hν1,Ek-En=hν2。因为紫光的频率大于红光的频率,所以ν2>ν1,即k能级的能量大于m能级的能量,氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量,其值为Ek-Em=hν2-hν1,D正确。
答案:D
课堂小结
谢谢大家