高中物理 第1节 能量量子化课件 新人教版选修35

2 能量(néngliàng)量子化——超越牛顿的发现
1．能量子．
(1)能量子的定义．
栏
振动着的带电微粒的能量只能(zhī
nénɡ)是某一最小能量值
目 链
ε的整数倍．例如，可能是ε或2ε、3ε……当带电微粒辐射或吸收 接
能量时，也就是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收
时．这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子．
栏 目 链 接
解析：一个光子能量 ε＝hν＝hλc.当激光器输出功率为 1 mW 时，
每秒发出的光子数为 N＝Pεt＝Pct＝3.2×1015 个，B 正确． hλ
答案：B
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变式
迁移
(多选)2006 年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家，以表彰
他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上
都有增加
的极大值向________的方向移动．
波长较短
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3．能量子：超越牛顿的发现．
(1)能量量子化：宏观(hóngguān)物体的能量连是续__(l_i_á_n_x_ù_；)的而
普朗克认为微观粒子的能量是__量__子___化_的，或说微观粒子的能量
是 ________ 的 ， 即 带 电 微 粒 的 能 量 只 能 是 某 一 最 小 能 量 值 ε 的
栏 目 链 接
的 电 磁 波 而 ______________ ， 这 种 物 体 完就全是吸绝收对 黑 体 ， 简 称 黑
体．
不发生反射
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(3) 黑 体 辐 射 ： 一 般 物 体 辐 射 电 磁 波 的 情 况 除 与
___温__度__(w_有ēnd关ù外) ，还与____材__料__(c_á_i_li_à及o)的__种__类__表__面__状__况有关，
第十七章 波粒二象性 第1节 能量(néngliàng)量子化
第一页，共24页。
栏 目 链 接
第二页，共24页。
普朗克的量子说 量子论的观点最初是在研究热辐射的规律时产生的． 我们周围的物体都在不断地辐射电磁波，这是由分子(fēnzǐ) 和原子的热运动引起的，所以叫作热辐射．物体在室温时热辐射
栏
绝对黑体热辐射的规律比较简单，在19世纪末许多
人做了大量研究，黑体辐射的波长并不是单一的，它同 栏
目
时辐射各种波长的电磁波，不同波长的辐射波，它们的
链 接
强度也不一样，课本中的图画出了四种温度下绝对黑体
热辐射的强度与波长的关系，可以看出(kàn chū)，随着
温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；
________倍．分立(fēn lì)
栏 目 链
(2)能量子：整不数可再分的最小能量值 ε叫作能量子，且ε＝ 接
________.式中的ν是______________，h叫作普朗克常量，其值为h
＝________h__ν______.
电磁波的频率
6.626×10－34 J·s
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种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值
向波长较短的方向移动．
(2)黑体辐射实验规律的理论解释．
栏
目
①维恩公式解释：1896 年，德国物理学家维恩(W.K.Wien)
链 接
从热力学理论出发，得到了一个公式，但它只是在短波部分
与实验相符，而在长波部分与实验存在明显的差异(如图乙所
示)．
第十六页，共24页。
普朗克认为，粒子的能量只能是某一最小能量值E的 栏
目
整数倍．例如，可能是E或2E、3E……当带电微粒辐射或 链
接
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E叫作能量子．在 微观世界中，能量不能连续(liánxù)变化，只能取分立值的 现象，叫作能量的量子化．
(2)能量子公式．
第十八页，共24页。
ε＝hν
ν是电磁波的频率，h是一个(yī ɡè)常量，后被称为普朗
克常量(Planck constant)，其值为
h＝6.626×10－34 J·s
栏 目
链
(3)能量的量子化．
接
在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种 现象叫作能量的量子化．
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栏 目 链 接
第八页，共24页。
1．黑体与黑体辐射．
(1)热辐射：我们周围的一切物体都在辐射_____电_，磁这波种辐
射与物体的________有关温，度所(以wē叫n作dù热) 辐射．物体的温度(wēndù)
升高，热辐射中__________的成分越来越强．
(2)黑体：如果某种物体能较够短_波__长___(b__ō_c_h_á_n入g)射的各种波长
的微小变化．他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代
的起点．下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是 栏
目
()
链
A．微波是指波长在 10－3 m 到 10 m 之间的电磁波
接
B．微波和声波一样都只能在介质中传播
C．黑体的热辐射实际上是电磁辐射
D．普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说
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变式 迁移
解析：微波的波长范围是 1 mm 到 10 m，A 正确．微波能在真
空中传播，B 不正确．黑体热辐射实际上是电磁辐射，C 正确．普朗
栏 目
链
克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，D 正确．本题考查 接
电磁波的基本知识．
答案：ACD
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电磁波的波长比较长，不能引起我们的觉察，但是如果温度在500 目
链
℃以上，它就能辐射可见光了，铁块烧热会变红，就是这个道 接 理．
除了热辐射之外，物体表面还会反射外界射来的电磁波， 有的物体的反射能力比较小，在光线照射下看起来比
第三页，共24页。
别的物体黑一些．假设有这样一类物体，它们完全不能 反射电磁波，我们就称之为绝对黑体，简称黑体．
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3．黑体辐射的实验规律． 19 世纪末，物理学家从实验和理论两方面都研究了各种温度下 的黑体辐射，测量了它们的黑体辐射强度按波长分布的情况，得出图 甲所示的实验曲线．
栏 目 链 接
图甲 黑体辐射的实验规律
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(1)黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各
2．量子化假设的实验证实．
普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果
“令人满意地相符”．比较图线如下图所示，曲线是根
据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值．
栏
目
链
接
第二十页，共24页。
3．普朗克的量子化假设的意义(yìyì)．
普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新
栏
的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．普朗克常
栏 目
链
组成的，按照经典的电磁理论，带电微粒的振动相当于交变电 接
流，所以这些分子、原子就是一个个小天线，它们具有各种能
量，可以向外辐射或接收电磁波．但是基于这种认识(rèn shi) 的一系列研究结果都和实验规律不一致．
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1900年，德国物理学家普朗克做出了一个大胆的假设， 解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认 识．
而 黑 体 辐 射 电 磁 波 的 强 度 按 ______波__长的 分 布 只 与 黑 体 的
_______温_有度关．
栏
2．黑体辐射的实验规律(黑体辐射的强度与波长
目 链
接
(bōcháng)的关系)．
黑体辐射实验中，随着温度的升高，一方面，各种波
长(bōcháng)的辐射强度____________；另一方面，辐射强度
(1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来
的电磁波．如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波
长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑
栏
体．
目
链
接
(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体
的温度(wēndù)有关．
注：一般物体的热辐射除与温度(wēndù)有关外，还与材料的种 类及表面状况有关．
栏
目
链
图乙 辐射强度与波长的关系
接
②瑞利公式解释：1900 年，英国物理学家瑞利(J.Rayleigh)从经典
电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果如图乙所示，在长波部分
与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外线一端，当波长趋于
0 时，辐射本领将趋于无穷大．这种情况被人们称为“紫外灾难”．
第十七页，共24页。
第六页，共24页。
根据普朗克的能量子假设推算出的黑体辐射规律和观 测事实符合得很好，但是能量量子化的观点违背日常生活经 验，当时没有被人接受，即使普朗克本人(běnrén)也踌躇不 栏
目
决．后来，爱因斯坦勇敢地接受了量子化的观点，成功地解 链
接
释了光电效应，才使量子论走上了进一步发展的道路．
第七页，共24页。
栏 目 链 接
第十二页，共24页。
1 黑体(hēitǐ)与黑体 (hēitǐ)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
栏
目
射与物体的温度有关，所以叫热辐射．
链
接
(2)特点：热辐射强度(qiángdù)按波长的分布情况随物体
的温度而有所不同．
第十三页，共24页。
2．黑体．
另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，
或者可以粗略
第四页，共24页。
地说：“温度越高，辐射电磁，这是因为温度升高后，在它
辐射的光中，波长较短，如蓝光、紫光所占的比例就会增加，
更接近日光中各种色光的比例，因此看起来几乎是白色的．
怎样解释这些实验现象呢？物体是由不停运动的带电微粒
目 链
量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特
接
征．
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例 氦—氖激光器发出(fāchū)波长为633 nm的激光，当激光器
的输出功率为1 mW时，每秒发出(fāchū)的光子数为( )
A．2.2×1015 个
B．3.2×1015 个
C．2.2×1014 个
D．3.2×1014 个