人教版高中物理选修3-5 17.1 能量量子化 名师公开课省级获奖课件 (32张)

人教版选修3-5
第十七章 波粒二象性
第1节 能量量子化
本章学习过程中要掌握六个概念、三个规律、一个方程、 一个关系及一个假设。 六个概念：热辐射、黑体、黑体辐射、光强、光子、概 率波。 三个规律：黑体辐射规律、光电效应规律、物质波的实 验规律。 一个方程：光电效应方程。 一个关系：不确定性关系。
19世纪末页，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。
温度 发射的能量 电磁波的短波成分 如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯 昏黄色 明亮 刺眼
直觉:
低温物体发出的是红外光
炽热物体发出的是可见光
高温物体发出的是紫外光
注意：
热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射
二、黑体辐射实验规律
1、定义：能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反 射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看 作黑体。 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 (1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射 的 各种波长的电磁波 而不发生反射，这种物体就是绝对黑 体，简称黑体。 (2)黑体辐射的特征：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。
知识点 2
黑体辐射的实验规律
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，如图所示。
2．能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为
普朗克 常量，h＝6.626×10－34J· s(一般取h＝6.63×10－
34
J· s)。 3．能量的量子化 在微观世界中能量是 量子化 的，或者说微观粒子的能
量是 分立 的。
一、黑体与黑体辐射
1、热辐射现象
议展
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征与温度有关。 固体在温度升高时颜色的变化
能量子）的整数倍，即：ε , 1ε , 2ε , 3ε ,
... nε . n为正整数，称为量子数。
对于频率为ν 的谐振子最小能量为
※ ※※ ※ 了解黑体和黑体辐射的概念 理解能量子的概念，掌握计算能量子的 方法 培养创新意识和探索精神
思
知识点 1 黑体与黑体辐射
1.热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射 电磁波，这种辐 射与物体的
温度 有关，所以叫热辐射。
(2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随
特别提醒： 1热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的 热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。 2黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在。 3黑体看上去不是一定是黑的，只有当自身辐射的可见 光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于 有较强的辐射，看起来还会很明亮，例如：炼钢炉口上的小 孔。一些发光的物体如太阳、白炽灯灯丝也被看作黑体来 处理。
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一、 热辐射及其特点 1、 热辐射 由于分子热运动导致物体辐射电磁波 温度不同时 辐射的波长分布不同 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 这种与温度有关的辐射 称为热辐射 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程
2、对热辐射的初步认识
任何物体任何温度均存在热辐射
这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，
另一朵与迈克尔逊实验有关。
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第 一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从 第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的 大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为 辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗 花明又一村
导
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开 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-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一 辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数 点后面在加几位罢了！ 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，----”
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。
M 0 (T )
实验值
紫 外 普 灾 朗 难 克 线
维恩线
瑞利--金斯线
o
1
2
3
4
5
6
7
8

/μm
3、能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看
作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但 是这些谐振子只能处于某些分立的状态，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 具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε （称为
增加 ； (1)随着温度的升高，各种波长的辐射强度都
(2)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。
知识点 3
能量子
1.定义：普朗克认为，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
以这个最小能量值为单位 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。
黑体模型
2、黑体模型
空腔上的小孔
炼钢炉上的小洞
向远处观察打开 的窗子近似黑体
形体平 状的衡 无温态 关度时 与黑 构体 成辐 黑射 体只 的依 材赖 料于 物
,
实验装置 T T
平行光管 三棱镜
实验结果
e0 ( , T )
0
1
2
3
4
5
6
λ
(μm)
一、对黑体及黑体辐射的理解
热辐射特点 一 般 物 体 黑 体 辐射电磁波的情况与温 度有关，与材料的种类 及表面状况有关 辐射电磁波的强度按波 长的分布只与黑体的温 度有关 吸收、反射特点 既吸收，又反射，其能 力与材料的种类及入射 光波长等因素有关