6.2 量子世界 课件 (1)

课件24张PPT。第2节 量子世界1．通过对简单现象的探究，理解热辐射、黑体、能量子等概念．
2．了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性．
3．了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性．
4．了解德布罗意的物质波假说及意义.一、“紫外灾难”
?热辐射
物体在_________下都会发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到_____，而发射出电磁波的现象称为热辐射．
温度越高，辐射电磁波中包含的_________成分越多，反之，_________成分越少．
?黑体
一个能_______________________________物体，称为黑体．黑体辐射能力与黑体的辐射_______和_____有关．任何温度不同波长不同波长完全吸收热辐射而不反射热辐射的波波长温度激发思考　是否只有高温物体才能辐射出电磁波呢？
提示　物体在任何温度下(包括0 ℃以下)都会辐射各种波长
的电磁波．只是物体的辐射强度按波长分布情况不同．二、不连续的能量
?普朗克的量子说
(1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的．
(2)含义：物体辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的_______．
E＝_____(n＝0，1，2，3，…)
(3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子．量子能量的大小取决于辐射的_____，量子的能量ε与______成正比．
ε＝hν，公式中h＝ ______________，称为普朗克常量．
普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征．
?量子(化)含义
所谓量子(或量子化)，本质是_________．整数倍波长频率ν6.63×10－34 J·s不连续性nε三、物质的波粒二象性
?物理学史
(1)光的微粒说的创始人是_____，可以解释________、 ________等．
(2)光的波动说的代表人物是_______．
(3)光量子假设的提出者是________，直到_______的发现才验证了光量子假说的正确性．
?光的本质：光具有__________，它在一定条件下，突出地表现出_______，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出_______．牛顿光的反射光的颜色惠更斯爱因斯坦康普顿波粒二象性微粒性波动性?物质波：物理学家德布罗意进一步提出了_______理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着_______，这种波被称为物质波，又称为_______，戴维孙、革末及汤姆孙的_________实验证实了物质波的存在．
?结论：光与静止质量不为零的物质都具有___________．
思考　如何理解光的波粒二象性？
提示　光既具有波动性又具有粒子性．大量光子产生的效果显示出波动性，个别(或少量)光子产生的效果显示粒子性；频率低、波长长的光，波动性显著，而频率高、波长短的光，粒子性显著.
物质波一种波概率波电子衍射波粒二象性一、如何理解热辐射
在任何温度下，任何物体都会发射电磁波．辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．这是热辐射的一种特性．在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光，但当物体被加热到500 ℃左右时，开始发出暗红色的可见光，随着温度的不断上升，灰光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越多，大约在1 500 ℃时就变成明亮的白炽光，这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高，此外，在实验中，还发现在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同，例如，将钢加热到约800 ℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光．温馨提示　热辐射是热传递的一种方式，它的特点是热不凭
借其他物体即可直接传播．
二、如何理解量子化假设?原子的能量分布
(1)原子只能处于一系列不连续的能量状态中．
(2)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道，即电子的轨道半径是不连续的．
(3)原子的能量状态变化时，要吸收(或辐射)一定频率的光的能量hν，因此原子光谱是不连续的．
?量子假说的“灵魂”是不连续性．
温馨提示　在宏观世界中，量子化现象几乎显示不出来，因此它的状态变化是连续的，由于在微观世界中主要特征是量子化的，因此在宏观世界中总结出来的规律不能适用于微观世界．
三、如何理解波粒二象性
?大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性．
?光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．
?光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．
?对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．
温馨提示　1.微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有
波动性，但极不明显．
2．光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把
光当成宏观概念中的波和粒子．光在传播过程中往往显示波
动性，在与物质作用时显示粒子性．对热辐射的理解【典例1】 下列关于热辐射的说法正确的是 (　　)．
A．只有热的物体在辐射电磁波
B．物体向外辐射电磁波时只能以某一特定波长
C．冷的物体向外辐射的电磁波少
D．室温时物体热辐射的主要是频率较低的电磁波
解析　一切物体都在辐射电磁波，故A错误；根据黑体辐射
规律可知，物体只能辐射和吸收一定频率(或波长)的电磁
波，故B正确；热辐射与温度有关，温度越高，辐射电磁波
的能力越强，故C正确、D错误．
答案　BC
【变式1】 下列关于黑体辐射的实验规律正确的有 (　　)．
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．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
C．黑体热辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何实验
解析　黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确、B错；黑体辐射的强度与波长、温度都有关系，C错；我们可以通过实验得出黑体辐射强度与波长、温度之间关系的实验曲线，D错．
答案　A
【典例2】 太阳光垂直照射到地面上时，地面上1 m2接受太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长约为0.55 μm，普朗克常量h＝6.63×
10－34 J·s，求地面上1 m2面积上每秒接收到的可见光的光子数．
对量子化假设的理解答案　1.74×1021个
【变式2】 氦—氖激光器发出的波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子个数约为
(1 nm＝10－9 m) (　　)．
A．2.2×1015 B．3.2×1015
C．2.2×1014 D．3.2×1014
答案　B
【典例3】 关于光的本性，下列说法中正确的是 (　　)．
A．光子说并没有否定光的电磁说
B．光电效应现象反映了光的粒子性
C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波 动说得出来的
D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产 生的效果往往显示出波动性对波粒二象性的理解解析　光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛
顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律
不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的
一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特
有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是
相互对立的．
答案　AB
【变式3】 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是
(　　)．
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光子与电子是同样的一种粒子
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子 性越显著
D．大量光子的行为往往显示出粒子性解析　一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、
衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，
所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．
虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子
是实物粒子，有静质量，光子不是实物粒子，没有静质量，
电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物
质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．
光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出
波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍
射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越
大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，
所以其粒子性就很显著．
答案　C