能量量子化（課件）高二物理（人教版2019）

第十三章：第5節(jié)能量量子化高中物理必修第三冊制作：陳慶威目錄CONTENT高中物理必修第三冊熱輻射能量子能級(jí)鞏固提升新課引入01.高中物理選擇性必修第一冊

19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律——能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中，他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。新課引入02.高中物理選擇性必修第一冊于是，1900年，在英國皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！薄_爾文

但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云.”兩朵烏云03.高中物理選擇性必修第一冊黑體輻射實(shí)驗(yàn)

后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。黑體輻射實(shí)驗(yàn)光的速度而關(guān)于黑體輻射的問題正是我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。問題與思考04.高中物理選擇性必修第一冊把鐵塊投進(jìn)火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會(huì)慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會(huì)有這樣的變化呢？熱輻射第一部分高中物理必修第三冊熱輻射01.

我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中波長較短的成分越來越強(qiáng)。

隨著溫度的升高，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。高中物理必修第三冊問題提出02.

常溫下我們看到不發(fā)光的物體顏色就是物體表面反射光所致。如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，會(huì)怎樣？

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。高中物理必修第三冊黑體03.思考與討論

一座建設(shè)中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內(nèi)已粉刷，如果從遠(yuǎn)處觀察，把窗內(nèi)的亮度與樓外墻的亮度相比，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？

黑體：如果某物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體。近似黑體研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。黑體輻射只與溫度有關(guān)。高中物理必修第三冊黑體輻射04.黑體輻射：對(duì)于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。黑體輻射實(shí)驗(yàn)：隨著溫度的升高

各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；

輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。012341700K1500K1300K1100K輻射強(qiáng)度能量子第二部分高中物理必修第三冊能量子01.1900年底，普朗克作出了這樣的大膽假設(shè)：振動(dòng)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……這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小為

是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，后人稱之為普朗克常量，其值為微觀宏觀連續(xù)分立的，量子化高中物理必修第三冊宏觀世界的連續(xù)性

借助于能量子的假說，普朗克得出的黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布公式，與實(shí)驗(yàn)符合的非常好。能量子的觀點(diǎn)與宏觀世界中我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有很大不同，例如，一個(gè)宏觀的單擺，小球在擺動(dòng)的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量不斷減小，能量的變化是連續(xù)的。而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的。能量子02.高中物理必修第三冊能量量子化假說的意義03.普朗克的能量子假設(shè),使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí),對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。成為物理學(xué)發(fā)展史上一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn);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;不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。高中物理必修第三冊愛因斯坦與光子04.

光本身就是一個(gè)個(gè)不可分割的能量子，后來被叫做光子，其能量為：

愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：能

級(jí)第三部分高中物理必修第三冊能級(jí)01.

微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級(jí)（energylevel）。分立軌道1

2

3

4E4E3E2E1定態(tài)躍遷E4E3E2E1高中物理必修第三冊能級(jí)差02.

原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時(shí)放出的光子的能量，等于前后兩個(gè)能級(jí)之差。

由于原子的能級(jí)是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。氦原子光譜高中物理必修第三冊量子力學(xué)與現(xiàn)代生活03.

20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。高中物理必修第三冊聆聽宇宙04.宇宙浩瀚無垠，神秘莫測。古人通過肉眼觀察星空，繪制星圖。望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明拓展了人類的視野，使人們對(duì)天體的了解更加清楚。高中物理必修第三冊奧斯特實(shí)驗(yàn)的意義05.總結(jié)提升第五部分課堂小結(jié)高中物理必修第三冊黑體：物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射。一切物體都在輻射電磁波，輻射與物體的溫度有關(guān)。輻射強(qiáng)度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。熱輻射

ε叫能量子，簡稱量子，

能量是量子化的，只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。能量子

ε=hνh=6.626×10-34J/s?！绽士顺Ａ抗獗旧砭褪怯梢粋€(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的這些能量子后來被叫作光子。原子能量的量子化能級(jí)例題1例題精選01.高中物理必修第三冊【參考答案】A普朗克在1900年將“能量子”引入物理學(xué)，開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元。在下列宏觀概念中，具有“量子化”特征的是（

）A．人的個(gè)數(shù) B．人的質(zhì)量

C．物體的動(dòng)能 D．物體的長度例題2例題精選02.高中物理必修第三冊【參考答案】ABD（多選）下列有關(guān)黑體和黑體輻射的說法中正確的是（）A．黑體的熱輻射實(shí)際上是電磁輻射B．能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體叫做黑體C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布與它的溫度、材料的種類及表面狀況有關(guān)D．黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波（包括可見光和不可見光）例題3例題精選03.高中物理必修第三冊【參考答案】BD（多選）某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為1.5