能量量子化：物理学的新纪元(山东省诸城市)

17．1 能量量子化：物理学的新纪元
学习目标：
（一）知识与技能
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．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系
3．了解能量子的概念
（二）过程与方法
了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（三）情感、态度与价值观
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
学习过程
（一）温故知新：
在选修3－4第十五章《相对论简介》第一节《相对论的诞生》中提到：威廉。汤姆孙在自信地宣称科学大厦已基本完成的同时也承认：“明朗的天空中还有两朵小小的、令人不安的乌云。”其中一朵与 有关，另一朵与 有关。
（二）自主学习：
1．黑体与黑体辐射
阅读教材关于热辐射的描述，完成：
（1）热辐射现象
固体或液体，在 都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的 受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。
所辐射电磁波的特征与 有关。
回顾与思考：铁块随着温度的升高至发光的情形：
。
从能量转化的角度来认识，热辐射过程是 转化为 的过程。
（2）黑体
除了热辐射之外，物体表面还会 和 外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。
能 各种波长的电磁波而不 的物体，称为绝对黑体，简称黑体。
说明：
1）不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。
2）研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
2．黑体辐射的实验规律
黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 ，另一方面，辐射强度的极大值向波长 的方向移动。
如何解释黑体辐射的实验规律呢？
（三）合作探究：
阅读课本。依据热力学和电磁学规律来解释，结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。 利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。
3．能量子：超越牛顿的发现
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作 ，这些 可以 辐射能。但是这些谐振子只能处于某些 的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有 值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... nε，n为正整数，称为 。
对于频率为ν的谐振子最小能量为
这个最小能量值，就叫做 。
对于弹簧振子的情况，我们说能量值是 的，而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是 的，或者说微观粒子的能量是 的。
普朗克在1900年把能量子引入物理学，正确地破解了 的传统观点。
（四）典型例题
例1、对应于3.4×10－19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色的？
例2、氦－氖激光器发射波长为6.328×10－10m的单色光，试计算这种光的一个光子的能量是多少？若该激光器的发光功率为18×10－3W,则每秒钟发射多少个光子？
（五）跟踪练习
1、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
2、关于黑体辐射的实验规律正确的有
A、随着温度的升高，各种波长波长的辐射强度都有所增加
B、随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C、黑体辐射的强度和波长无关
D、黑体辐射没有任何实验
（六）课末小结
本节内容：
本节的科学思想和解决问题的方法：
。
课后作业：课本1、2、3题
黑体模型
0 1 2 3 4 5 6
(μm)
1700K
1500K
λ
1300K
1100K
实验结果