教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版

教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版1量子概念的誕生1量子概念的誕生教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版1．了解黑體輻射實驗規(guī)律；2．了解在用經(jīng)典物理理論解釋黑體輻射實驗規(guī)律時所遇到的困難；3．了解普朗克能量子假設(shè)．1．了解黑體輻射實驗規(guī)律；一、黑體與黑體輻射 熱輻射：周圍的一切物體都在輻射

，這種輻射與

有關(guān)，所以叫熱輻射． 黑體：某種物體能夠

入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生

，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體． 黑體輻射的特性：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的

有關(guān)．電磁波物體溫度完全吸收反射溫度一、黑體與黑體輻射電磁波物體溫度完全吸收反射溫度二、黑體輻射的實驗規(guī)律

一般材料的物體，輻射的電磁波除與

有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)． 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的

有關(guān)，如圖4-1-1所示．圖4-1-1 (1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都

；(2)隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較

的方向移動．溫度溫度有增加短二、黑體輻射的實驗規(guī)律溫度溫度有增加短三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 量子化假說

黑體的空腔壁是由大量振子(振動著的帶電微粒)組成的，其能量只能是某一最小能量值ε的

倍，當振子輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位

地進行． 能量子

(1)定義：不可再分的最小能量值ε. (2)關(guān)系式：ε＝hν，式中ν是

，h稱

，且h＝

.整數(shù)一份一份電磁波的頻率普朗克常量6.626×10－34J·s三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)整數(shù)一份一份電磁波的頻率普朗克常量(3)量子化假設(shè)的意義傳統(tǒng)的電磁理論認為光是一種

，能量是

的，能量大小決定于波的

和光照時間．普朗克為了克服經(jīng)典物理學(xué)對黑體輻射現(xiàn)象解釋的困難，而提出了能量量子化假說．使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響．普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征．電磁波連續(xù)變化頻率(3)量子化假設(shè)的意義電磁波連續(xù)變化頻率一、黑體輻射及其實驗規(guī)律 對黑體的理解

(1)如果某種物體在任何溫度下都能夠完全吸收入射的各種電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是黑體．所謂“黑體”是指能夠全部吸收所有頻率的電磁輻射的理想物體，絕對的黑體實際上是不存在的．一、黑體輻射及其實驗規(guī)律(2)黑體看上去不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的．有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔．(3)黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規(guī)律最為簡單，黑體輻射強度只與溫度有關(guān)．(2)黑體看上去不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖4-1-2所示，揭示了黑體輻射強度按波長分布的情況：①隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加．②隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．圖4-1-2黑體輻射的實驗規(guī)律圖4-1-2(2)黑體輻射實驗規(guī)律的理論解釋：經(jīng)典物理學(xué)認為，物體中存在著不停運動的帶電微粒，每個帶電微粒的振動都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射．于是，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的理論解釋.1900年，英國物理學(xué)家瑞利，以及1896年，德國物理學(xué)家維恩分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式．如圖4-1-3所示．但是，維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)與實驗偏離很大；瑞利公式在長波區(qū)與實驗基本一致，但短波區(qū)與實驗嚴重不符．(2)黑體輻射實驗規(guī)律的理論解釋：德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究，他結(jié)合有關(guān)實驗證據(jù)，于1900年10月推導(dǎo)出了普朗克公式，德國實驗物理學(xué)家魯本斯(H.Rubens)把它與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，發(fā)現(xiàn)與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”．圖4-1-3德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究，他結(jié)合二、能量子的理解 普朗克的量子化假說——能量子

振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍．例如，可能是ε或2ε、3ε…當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的．這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子，ε＝hν.ν是電磁波的頻率，h是一個常量，后被稱為普朗克常量，其值為h＝6.626×10－34J·s.二、能量子的理解量子化假說的實驗證實能量的量子化可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射與吸收現(xiàn)象．在黑體輻射規(guī)律的解釋中，普朗克公式與實驗結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)它與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”．如圖4-1-4所示．圖4-1-4小圓代表實驗值，曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的．量子化假說的實驗證實量子化現(xiàn)象在宏觀世界里，一個物理量的取值通常是連續(xù)的，但在微觀世界里，物理量的取值多是不連續(xù)的，只能取一些分立的值，物理量分立取值的現(xiàn)象稱量子化現(xiàn)象，量子化理論成為新物理學(xué)思想的基石之一．量子化現(xiàn)象【典例1】

黑體輻射的實驗規(guī)律如圖4-1-5所示，由圖可知(

)．A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加B．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都有增加C．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動黑體輻射實驗規(guī)律

【典例1】黑體輻射的實驗規(guī)律如圖4-1-5所示，由圖可知解析由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B錯誤．答案ACD圖4-1-5解析由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，且輻借題發(fā)揮物體發(fā)出的光的頻率覆蓋的范圍很廣，溫度越高，頻率高的光的份額越多，但是其他頻率、其他顏色的光同樣存在，只是份額較少．借題發(fā)揮物體發(fā)出的光的頻率覆蓋的范圍很廣，溫度越高，頻率高【變式1】下列關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的有(

)．A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加B．隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C．黑體熱輻射的強度與波長無關(guān)D．黑體輻射無任何實驗解析黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都有增加，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．答案AB【變式1】對普朗克能量子的理解

對普朗克能量子的理解教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版借題發(fā)揮(1)本題求的是每秒鐘的問題，實際上可以任意設(shè)定一個時間t，通過功率與時間的乘積獲取能量關(guān)系式，即可解決問題．(2)解答此類題目要明確兩點：第一，運用能量守恒定律，正確求得光子數(shù)；第二，正確建立模型，即以太陽(或燈泡)為球心，日地距離(或燈泡與某處距離)為半徑的球面模型和以地球半徑為圓平面面積(某處單位面積)模型．借題發(fā)揮(1)本題求的是每秒鐘的問題，實際上可以任意設(shè)定一教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版量子物理學(xué)引發(fā)奇談怪論：薛定諤的貓量子論被公認為是科學(xué)史上最成功的、被實驗結(jié)果符合最好的理論，但另一方面，它卻和人類日常生活的經(jīng)驗如此格格不入．量子物理學(xué)家告訴我們，物質(zhì)在被測量之前是不確定的．“不確定性”是量子世界的基本法則．觀測是在不確定的量子世界和確定的現(xiàn)實之間轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵．那么，神秘的量子世界和日常的現(xiàn)實世界到底能否兼容呢？在經(jīng)典極限情況下，通過合理的近似，量子理論可以自動過渡到經(jīng)典世界的物理理論．但如何描述這兩個世界的交界面，成了量子論過不去的一個坎．直到現(xiàn)在，理論物理學(xué)家仍然未能將兩者恰當?shù)芈?lián)系起來．量子物理學(xué)引發(fā)奇談怪論：薛定諤的貓德國物理學(xué)家薛定諤曾設(shè)計出物理學(xué)史上最著名的動物：薛定諤的貓．這是一個思想實驗：不透明的箱子里裝著一只貓，箱子中另外還有一個原子衰變裝置，原子會隨機發(fā)生衰變，一旦衰變發(fā)生，就會激發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，最終打破箱子里的毒氣罐而毒死貓，反之貓則活．在打開箱子觀測那一瞬間之前，原子的衰變和貓的死活都處于一種疊加態(tài)，只有當打開箱子的一剎那，貓的死活才確定下來．所以，在打開箱子之前，貓既是死的，又是活的．問題是，現(xiàn)實中的貓怎么可能是“既死又活”的呢？我們的常識中，貓要么是死的，要么是活的．量子論無法解釋現(xiàn)實世界，這成了量子論無數(shù)個困惑之謎中最神秘的一點．德國物理學(xué)家薛定諤曾設(shè)計出物理學(xué)史上最著名的動物：薛定諤的貓教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版1量子概念的誕生1量子概念的誕生教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版1．了解黑體輻射實驗規(guī)律；2．了解在用經(jīng)典物理理論解釋黑體輻射實驗規(guī)律時所遇到的困難；3．了解普朗克能量子假設(shè)．1．了解黑體輻射實驗規(guī)律；一、黑體與黑體輻射 熱輻射：周圍的一切物體都在輻射

，這種輻射與

有關(guān)，所以叫熱輻射． 黑體：某種物體能夠

入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生

，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體． 黑體輻射的特性：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的

有關(guān)．電磁波物體溫度完全吸收反射溫度一、黑體與黑體輻射電磁波物體溫度完全吸收反射溫度二、黑體輻射的實驗規(guī)律

一般材料的物體，輻射的電磁波除與

有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)． 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的

有關(guān)，如圖4-1-1所示．圖4-1-1 (1)隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都

；(2)隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較

的方向移動．溫度溫度有增加短二、黑體輻射的實驗規(guī)律溫度溫度有增加短三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 量子化假說

黑體的空腔壁是由大量振子(振動著的帶電微粒)組成的，其能量只能是某一最小能量值ε的

倍，當振子輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位

地進行． 能量子

(1)定義：不可再分的最小能量值ε. (2)關(guān)系式：ε＝hν，式中ν是

，h稱

，且h＝

.整數(shù)一份一份電磁波的頻率普朗克常量6.626×10－34J·s三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)整數(shù)一份一份電磁波的頻率普朗克常量(3)量子化假設(shè)的意義傳統(tǒng)的電磁理論認為光是一種

，能量是

的，能量大小決定于波的

和光照時間．普朗克為了克服經(jīng)典物理學(xué)對黑體輻射現(xiàn)象解釋的困難，而提出了能量量子化假說．使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響．普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征．電磁波連續(xù)變化頻率(3)量子化假設(shè)的意義電磁波連續(xù)變化頻率一、黑體輻射及其實驗規(guī)律 對黑體的理解

(1)如果某種物體在任何溫度下都能夠完全吸收入射的各種電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是黑體．所謂“黑體”是指能夠全部吸收所有頻率的電磁輻射的理想物體，絕對的黑體實際上是不存在的．一、黑體輻射及其實驗規(guī)律(2)黑體看上去不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的．有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射，看起來還會很明亮，如煉鋼爐口上的小孔．(3)黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波，黑體的輻射規(guī)律最為簡單，黑體輻射強度只與溫度有關(guān)．(2)黑體看上去不一定是黑的，只有當自身輻射的可見光非常微弱黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖4-1-2所示，揭示了黑體輻射強度按波長分布的情況：①隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加．②隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．圖4-1-2黑體輻射的實驗規(guī)律圖4-1-2(2)黑體輻射實驗規(guī)律的理論解釋：經(jīng)典物理學(xué)認為，物體中存在著不停運動的帶電微粒，每個帶電微粒的振動都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射．于是，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的理論解釋.1900年，英國物理學(xué)家瑞利，以及1896年，德國物理學(xué)家維恩分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式．如圖4-1-3所示．但是，維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)與實驗偏離很大；瑞利公式在長波區(qū)與實驗基本一致，但短波區(qū)與實驗嚴重不符．(2)黑體輻射實驗規(guī)律的理論解釋：德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究，他結(jié)合有關(guān)實驗證據(jù)，于1900年10月推導(dǎo)出了普朗克公式，德國實驗物理學(xué)家魯本斯(H.Rubens)把它與實驗數(shù)據(jù)進行了比較，發(fā)現(xiàn)與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”．圖4-1-3德國物理學(xué)家普朗克對黑體輻射問題進行了系統(tǒng)的理論研究，他結(jié)合二、能量子的理解 普朗克的量子化假說——能量子

振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍．例如，可能是ε或2ε、3ε…當帶電微粒輻射或吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的．這個不可再分的最小能量值ε叫做能量子，ε＝hν.ν是電磁波的頻率，h是一個常量，后被稱為普朗克常量，其值為h＝6.626×10－34J·s.二、能量子的理解量子化假說的實驗證實能量的量子化可以非常合理地解釋某些電磁波的輻射與吸收現(xiàn)象．在黑體輻射規(guī)律的解釋中，普朗克公式與實驗結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)它與實驗結(jié)果“令人滿意地相符”．如圖4-1-4所示．圖4-1-4小圓代表實驗值，曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的．量子化假說的實驗證實量子化現(xiàn)象在宏觀世界里，一個物理量的取值通常是連續(xù)的，但在微觀世界里，物理量的取值多是不連續(xù)的，只能取一些分立的值，物理量分立取值的現(xiàn)象稱量子化現(xiàn)象，量子化理論成為新物理學(xué)思想的基石之一．量子化現(xiàn)象【典例1】

黑體輻射的實驗規(guī)律如圖4-1-5所示，由圖可知(

)．A．隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加B．隨溫度降低，各種波長的輻射強度都有增加C．隨溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D．隨溫度降低，輻射強度的極大值向波長較長的方向移動黑體輻射實驗規(guī)律

【典例1】黑體輻射的實驗規(guī)律如圖4-1-5所示，由圖可知解析由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，當溫度降低時，上述變化都將反過來，故A、C、D正確，B錯誤．答案ACD圖4-1-5解析由圖可知，隨溫度升高，各種波長的輻射強度都有增加，且輻借題發(fā)揮物體發(fā)出的光的頻率覆蓋的范圍很廣，溫度越高，頻率高的光的份額越多，但是其他頻率、其他顏色的光同樣存在，只是份額較少．借題發(fā)揮物體發(fā)出的光的頻率覆蓋的范圍很廣，溫度越高，頻率高【變式1】下列關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律敘述正確的有(

)．A．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增加B．隨著溫度的升高，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動C．黑體熱輻射的強度與波長無關(guān)D．黑體輻射無任何實驗解析黑體輻射的規(guī)律為隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都有增加，同時輻射強度的極大值向波長較短的方向移動．答案AB【變式1】對普朗克能量子的理解

對普朗克能量子的理解教科版高中物理選修3-5：《量子概念的誕生》課件2-新版借題發(fā)揮(1)本題求的是每秒鐘的問題，實際上可以任意設(shè)定一個時間t，通過功率與時間的乘積獲取能量關(guān)系式，即可解決問題．(