人教版（2019）高一物理必修第三册 13.5能量量子化 课件(共18张PPT)

(共18张PPT)
13.5
能量量子化
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19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。
在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的
Maxwell方程。
另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。
材料鉴赏
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
(开尔文)
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
量子力学
相对论
微观领域
高速领域
经典力学
思考与讨论1:
在火炉旁边有什么感觉?
投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会又是什么颜色？
1400
K
800
K
1000
K
1200
K
例如，铁块随着温度升高：
现象：
不发光→
暗红→
赤红→
橘红→
黄白色
表明：铁块辐射电磁波
1、
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,故称为热辐射。热辐射辐射电磁波的特性与温度有关。
一、热辐射
⑶热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关，
高温物体发出的是紫外光。
炽热物体发出的是可见光，
低温物体发出的是红外光，
温度?
?
短波长的电磁波的比例?
。
2、⑴任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。
⑵热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，但是强度不同。
3、平衡热辐射：加热一物体
物体的温度恒定时物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射。
冶金工业的发展及对恒星研究的需要促进了对黑体辐射的研究
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。
1.理想的热辐射体是“绝对黑体”，简称“黑体”，它能完全吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射.
二、黑体及黑体辐射
2.黑体模型
带小孔的不透明空腔
带小洞的炼钢炉
向远处观察打开的窗子近似黑体
平衡态时黑体辐射只依赖于物体的温度,与构成黑体的材料形状无关。
二、黑体及黑体辐射
3.说明：
⑴黑体是个理想化的模型。
例：开小洞的炼钢炉，远处的窗口等可近似看作黑体。
⑵对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。
⑶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。
三、黑体辐射的实验规律
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
1、测量黑体辐射的实验原理图：
加热空腔使其温度升高，空腔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。
T
平行光管
三棱镜
T
三、黑体辐射的实验规律
辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
2、黑体辐射实验规律
发现：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②辐射强度的最大值向短波方向移动
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
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,…
?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
?
谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量
?
对于频率为
?
的谐振子，最小能量为：ε=h
?
h=6.626?10-34J·s
——普朗克常量
三、能量子：超越牛顿的发现
1、普朗克能量子假说
振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化．
能量
量子
经典
三、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
h=6.55×10-34J·S
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信
h
的引入确实反映了新理论的本质。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
（1）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这个现象叫光电效应，这种电子常被称为光电子。
三、能量子：超越牛顿的发现
2、光子
（2）光子：光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，是普朗克常量，这些能量叫光子。
四、能级
巴耳末系
-13.6
eV
-3.40
eV
-1.51
eV
-0.85
eV
-0.54
eV
0
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=?
由量子力学得出的氢原子能级图
1、能级:
微观世界中能量取值分立的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量叫做能级。
高能级:
能量较高的能级
低能级:
能量较低的能级
基能级:
能量最低的能级
(相应的状态称基态）
激发能级:
能量高于基能级的其它所有能级(相应状态称激发态)
四、能级
2、能级跃迁
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。
从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞、加热等方式来传递能量。
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，原子的发射光谱只有一些分立的亮线
【例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
【例2】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?
[答案]
根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度
【例3】对应于3.4×l0-l9J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？
[解析]
根据公式ε=hν和ν=c/λ得
ν=ε/h=5.13×1014Hz
λ=c/ν=5.85×10-7Hz
5.13×10-14Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85×l0—7m。