1能量量子化
1能量量子化-人教版选修3-5教案
能量量子化-人教版选修3-5教案一、教学目标1.了解能量量子化的基本概念，理解能量量子化和发射光电效应的关系；2.掌握布拉格衍射及其原理；3.理解基础粒子、玻尔模型的发展和量子力学的诞生过程。
二、教学重点1.能量量子化的基本概念；2.布拉格衍射及其应用。
三、教学难点1.理解量子化现象的产生原因；2.掌握布拉格衍射的原理及其应用。
四、教学过程第一部分课堂讲授1.能量量子化的基本概念•讲解能量量子化的内容，通过实验解释其产生原因；•介绍能量量子化现象的类别及其物理意义；•告诉学生能量量子化和发射光电效应的关系。
2.布拉格衍射及其应用•介绍布拉格衍射的原理；•讲解Bragg方程中各个符号的含义；•分析布拉格衍射如何用于材料的结构分析。
3.量子力学的发展过程•介绍原子模型的发展历程；•讲解玻尔模型及其不足；•介绍量子力学的基本假设、基本概念和基本方法。
第二部分实验演示1.实验一：测量镁的工作函数由于能量量子化现象的存在，通过测量光电子对应波长的最大能量及其波长，可以求出金属的工作函数，并验证光电效应定律。
该实验重点是实验操作，孩子们需要通过实验观察、测量、计算等方法，确定镁的工作函数值。
2.实验二：布拉格衍射•通过实验观察，让学生了解布拉格衍射现象；•引导孩子们测量、计算布拉格衍射角度。
第三部分课堂讨论1.学生小组分发题卡，提供相关问题，小组内讨论并给出答案，分享给全班。
2.教师对本节课的重点进行复述。
五、作业布置1.回答题卡上的习题；2.总结本节课学到的知识点。
六、教学评估1.课堂表现评估；2.课后作业评估；3.知识总结评估。
七、教学反思通过本节课的讲解、实验演示和课堂讨论，学生对能量量子化、布拉格衍射等基本概念有了更深刻的认识。
而且实验演示的操作使学生体验到物理实验的过程，培养了他们的实践操作能力。
在教学中，应注重实验与理论的结合，提高学生的物理实验能力，增加科学实验的趣味性，同时也提升了学习的效果。
第1节 能量量子化 第2节 光的粒子性
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针对训练 2 1: 2010 年浙江理综) ( 在光电效应实验中, 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条 光电流与电压之间的关系曲线( 甲光、乙光、丙光)如图所示.则可判断出( , )
A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
答案: 变长 1
①宏观世界中物体间的相互作用过程中所遵循的规律, 也适用于微观粒子的相互作用过程; ②康普顿效应进一步揭示了光的粒子性, 也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.
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针对训练 3 1: 科学研究证明, 光子有能量也有动量, 当光子与电子碰撞时, 光子的一些能量转移给了电子.则在 光子与电子的碰撞过程中, 下列说法中正确的是( )
增加 ; 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.
1 ○随着着温度的升高,各种波长的辐射强度都有
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2. 能量子 (1)定义: 普朗克做出了这样的大胆假设: 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. -34 (2)表达式: ε=hν, 其中 h是一个常量, 称为 普朗克常量 , 其值为 h= 6. 626×10 J·s, ν是电磁波的 频率 . 3. 能量量子化 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 分立 的.
思路点拨: 光电流的方向与光电子定向移动的方向相反; 由光电效应方程求解光电子的最大初动能; 由光电流 大小求解入射的光子数.
证明能量量子化的实验
证明能量量子化的实验能量量子化是指能量在微观尺度上不是连续变化的，而是以离散的方式存在。
这一概念最早由德国物理学家普朗克在20世纪初提出，并为量子力学的发展奠定了基础。
为了证明能量量子化的存在，科学家进行了一系列实验，下面将介绍其中几个重要的实验。
1. 热辐射实验热辐射实验是最早用来证明能量量子化的实验之一。
在19世纪末，物理学家发现黑体辐射的频谱与温度有关，但无法用经典物理学解释。
为了解决这个问题，普朗克提出了能量量子化的假设。
根据他的理论，辐射的能量只能以离散的方式吸收或释放，而且与频率成正比。
实验结果表明，只有当能量是量子化的时候，才能解释黑体辐射的频谱分布。
2. 康普顿散射实验康普顿散射实验是用来证明光子也具有能量量子化的实验。
康普顿发现，当X射线与物质相互作用时，会散射出具有不同能量的光子。
根据经典电磁理论，散射光子的能量应该与入射光子的能量相等。
然而，实验结果却显示出散射光子的能量比入射光子的能量减小了。
这一现象只能用光子的能量量子化来解释，即光子与物质发生相互作用时，能量以离散的方式转移。
3. 光电效应实验光电效应实验是用来证明光子能量量子化的经典实验之一。
当光照射到金属表面时，会引起电子的解离。
根据经典电磁理论，光的能量应该与光强成正比，而与频率无关。
然而，实验结果却显示出光的频率对光电效应有明显影响。
只有当光的频率超过某个临界值时，光才能将足够的能量传递给金属表面的电子，使其解离。
这一现象只能用光子能量量子化的理论来解释。
通过上述实验，科学家们成功地证明了能量在微观尺度上是量子化的。
这一发现对量子力学的发展产生了深远影响，并为我们对微观世界的理解提供了重要的线索。
能量量子化的实验结果不仅验证了普朗克的理论，也为后来的量子力学奠定了基础。
如今，我们对能量量子化的理解已经非常深入，并广泛应用于现代科技领域，如半导体器件、激光技术等。
17-1能量量子化
第十七章波粒二象性1能量量子化(时间：60分钟)知识点一黑体辐射1．能正确解释黑体辐射实验规律的是()．A．能量的连续经典理论B．普朗克提出的能量量子化理论C．以上两种理论体系任何一种都能解释D．牛顿提出的微粒说解析根据黑体辐射的实验规律，随着温度的升高，一方面各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，只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释，B对．答案 B2．对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是()．A．温度B．材料C．表面状况D．以上都正确解析根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素，得其只与温度有关，A 对．答案 A3．普朗克常量是自然界的一种基本常数，它的数值是()．A．6.02×10－23 mol B．6.625×10－3 mol·sC．6.626×10－34 J·s D．1.38×10－16 mol·s解析普朗克常量是一个定值，由实验测得它的精确数值为6.626×10－34 J·s，在记忆时关键要注意它的单位和数量级．答案 C4．(2012·北京理综，20)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U成正比，即ν＝kU.已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k的值可能为()．A.h2e B.2ehC．2he D.1 2he解析可用物理量之间的单位量纲关系分析此题：ν＝kU则k＝νU，其单位为1 Hz/V＝11s·V，而h的单位为J·s，e的单位为C，故eh的单位应为1CJ·s＝1CC·V·s＝11s·V，B选项正确．答案 B知识点二能量量子化5．以下宏观概念中，哪些是“量子化”的()．A．物体的质量B．物体的动量C．导体中的电流D．东北虎的个数解析所谓“量子化”一定是不连续的，而是一份一份的，故只有D对．答案 D6．红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()．A．红光B．橙光C．黄光D．绿光解析由 ε＝hν可知，红光的频率最小，其能量子值最小．选A.答案 A7．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为()．A.λPhc B.hPλc C.cPλh D．λPhc解析每个光量子的能量ε＝hν＝hcλ，每秒钟发光的总能量为P，则n＝Pε＝λPhc.答案 A8．已知某单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为()．A．h cλ B.h λC.chλD．以上均不正确解析由光速、波长的关系可得出光的频率ν＝cλ，从而ε＝hν＝hcλ，故A选项正确．答案 A9．人眼对绿光最敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光能量子射入瞳孔，眼睛就能觉察，普朗克常数为6.63×10－34 J·s，光速为3.0×108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()．A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18 W解析先根据E0＝hν＝h cλ算出每个光量子的能量，每秒需要接收到6个这样的光量子，故接收到这6个光量子的功率就是人眼能觉察到绿光的最小功率．又因每秒有6个绿光的光能量子射入瞳孔，所以，觉察到绿光所需要接收到的最小功率P＝Et，式中E＝6E0，又E0＝hν＝hcλ，代入数据得P＝2.3×10－18 W.答案 A10．氮—氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为()．A．2.2×1015B．3.2×1015C．2.2×1014D．3.2×1014解析一个光子能量ε＝hν＝hcλ，当激光器输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为N＝pt＝pthcλ即N＝3.2×1015个，B正确．答案 B11．能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为60 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，则进入人眼的光子数至少为()．A．1个B．3个C．30个D．300个解析可见光的平均频率ν＝cλ，能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E＝nε ，联立可得n＝300，D对．答案 D12．单色光从真空射入玻璃时，它的()．A．波长变长，速度变小，光量子能量变小B．波长变短，速度变大，光量子能量变大C．波长变长，速度变大，光量子能量不变D．波长变短，速度变小，光量子能量不变解析因为光的频率不变，光量子的能量不变；再根据折射率n＝cv＝λλ′可知，光的速度变小，波长变短．答案 D13．对应于3.4×10－19 J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＝cλ得ν＝εh＝3.4×10－196.63×10－34Hz＝5.13×1014 Hz，λ＝cν＝3.0×1085.13×1014m＝5.85×10－7 m.5．13×1014 Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长是5.85×10－7 m.答案 5.13×1014 Hz 5.85×10－7 m黄光14．光具有波粒二象性，光子的能量E＝hν，光子动量p与光波波长λ的关系是p＝h λ.若某激光管以P W＝60 W的功率发射波长λ＝663 nm的光束，试根据上述理论计算：(1)该激光管在1 s内发射出多少个光子？(2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到的光束对它的作用力F为多大？解析(1)设在时间Δt内发射出的光子数为n，光子频率为ν，每个光子的能量E＝hν，所以P W＝nhνΔt，(Δt＝1 s)，而ν＝cλ，解得n＝P WΔt·λhc＝60×1×663×10－96.63×10－34×3×108个＝2.0×1020个．(2)在时间Δt内激光管发射出的光子全部被黑体表面吸收，光子的末动量变为零，据题中信息可知，n个光子的总动量为np，n个光子的动量变化量Δp总＝np＝n hλ，根据动量定理有F·Δt＝Δp总，解得黑体表面对光子束的作用力为F＝Δp总Δt＝nhλ·Δt＝nhνλν·Δt＝P Wc＝603.0×108N＝2.0×10－7N．根据牛顿第三定律，光子束对黑体表面的作用力F′＝F＝2.0×10－7 N. 答案(1)2.0×1020个(2)2.0×10－7 N。
1 能量量子化
M (T ) c2 eh kT 1
h = 6.62610 ─34 J·s
M.Planck 德国人 1858 －1947
理论与实验符合的让人击掌叫绝
e0(,T )
实验值
普朗克理论
1800K
1 2 3 4 5 67 8 λ 9(μ m)
宏观世界中：能量可以是任意值，可以连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。
T=1646k
瑞利理论值 维恩理论值
瑞利公式在长波部分与实验结果比较吻合。但在
紫外区(波长范围在紫外线附近)竟算得辐射强度 为无穷大，这个荒谬的结论被认为是物理学理论 的灾难，当时称为“紫外灾难”。
普朗克能量子假说
1. 辐射物体中包含大量振动着的带电
能 量
微粒，它们的能量是某一最小能量
的整数倍：E = nε n = 1，2，…
思考
在一杯开水中放入一枝温度计， 开水静置室内，可以看到开水的温度 是逐渐降低的，既然从微观的角度来 看能量是一份一份向外辐射的，为什 么它的温度不是一段一段地降低？
随堂练习
1. 关于对黑体的认识，下列说法正确的是( C )
A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的 B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与 材料的种类及表面状况有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料 的种类及表面状况无关 D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在 空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔 就成了一个黑体
加热器
热电偶
观测口
TT
空腔
平行光管
三棱镜
2、黑体辐射的实验规律
能量量子化公式
能量量子化公式
能量量子化是一种理论，它是由美国物理学家爱因斯坦于1905
年首次提出的，该理论表明能量不是一种连续的量，而是以最小的单位——能量量子的形式存在的。
从理论上讲，能量量子化指的是在特定条件下，大量的能量会被
分解成一系列相互独立而具有恒定能量的小包，这就是所谓的能量量子。
这些能量量子不仅存在于现实物理实体中，而且存在于抽象数学
层面。
例如，基本粒子，如电子、质子和中子，就是物理实体中的能
量量子。
爱因斯坦提出了能量量子化的公式，也就是E=mC^2，其中E代表能量，m代表质量，C代表光速。
这个公式表明，能量和质量是等价的，可以互相转换。
能量量子化的理论对现代物理学有着深远的影响，支持了在原子
和分子方面做出的许多发现，从而形成了现代的原子物理学和分子物
理学等领域。
目前，它仍然是科学家们积极研究的课题，为许多与能
量量子化有关的问题提供了一系列解决方案和指引。
总而言之，能量量子化公式使人们能够更好地理解能量是如何被
量子化的，也提供了能量量子化的重要概念和核心思想，为我们理解
和探究自然界奥秘提供了重要参考。
能量量子化(精华版)
目
CONTENCT
录
• 引言 • 能量量子化的基本概念 • 能量量子化的物理意义 • 能量量子化的应用 • 结论
01
引言
什么是能量量子化
• 能量量子化是物理学中的一个概念，指的是能量不能连续取值，而只能以离散的、不可分割的单位存在。在微观世界中， 能量是以“量子”为单位进行传递和变化的。
02
能量量子化的基本概念
能量的离散性
能量不能连续取值
在量子力学中，能量只能以离散的能量子形式被吸 收或发射，不能连续地取值。
能量子具有确定大小
每个能量子的大小与特定的物理量相关，如光子的 能量与其频率成正比。
离散能量是物理实在
能量量子化是物理系统固有的性质，是微观粒子交 互作用的本质特征。
能量子
量子化与连续性的对比
量子化与经典物理学的区别
经典物理学中，物理量可以连续变化，而量子力学中物理量只能 以离散的量子化方式变化。
量子化带来的新现象
量子化导致了如干涉、衍射、隧道效应等新现象的出现，这些现象 不能用经典物理学解释。
量子化对物理世界的影响
量子化改变了我们对物理世界的认识，使得微观粒子行为变得奇特 且难以预测，只有通过量子力学才能准确描述。
在现代科技中的应用
量子计算机
利用量子力学的特性，量子计算 机能够进行并行计算，处理大量 数据，加速某些类型的问题解决
速度。
量子密码学
基于量子力学的特性，量子密码 学能够提供更安全的加密和解密 方法，保护信息不被窃取或篡改。
量子传感器
利用量子力学原理，量子传感器 能够更精确地测量物理量，如磁
场、温度和压力等。
能量量子化的重要性
能量量子化 课件
【例 3】 小灯泡的功率 P＝1 W，设其发出的光向四周均匀 辐射，平均波长 λ＝10－6m，求在距离 d＝1.0×104 m 处，每 秒钟落在垂直于光线方向、面积为 1 cm2 的球面上的光子数 是多少？(h＝6.63×10－34 J·s)
二、黑体辐射的实验规律 [要点提炼] 1.黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长
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.如图 1 所示.
图1
2.对黑体辐射的解释：维恩公式在短波区与实验非常接近，在 长波区则与实验偏离很大；瑞利公式在长波区与实验基本一 致，但在短波区与实验严重不符.由于波长很小的辐射处在 紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理 学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”.
能量量子化
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 电磁波 ，这种辐 射与物体的温度有关. (2)黑体：指能够 完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发 生反射的物体. (3)黑体辐射的实验规律 ①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都 增加 ； 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.
2.能量子 (1)定义：普朗克认为，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. (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. (3)能量的量子化 普朗克的假设认为微观粒子的能量是 量子化 的，或说微观 粒子的能量是 分立 的.
解析 每秒钟小灯泡发出的能量为 E＝Pt＝1 J 1 个光子的能量： ε＝hν＝hλc＝6.63×101－03－4× 6 3×108 J＝1.989×10－19 J 小灯泡每秒钟辐射的光子数： n＝Eε ＝1.989×1 10－19＝5×1018(个)
量子力学主要知识点复习资料
大学量子力学主要知识点复习1能量量子化辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。
这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量ε 的整数倍 对频率为ν 的谐振子, 最小能量ε为: 2.波粒二象性波粒二象性（wave-particle duality ）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。
波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。
在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。
前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。
1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。
根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。
德布罗意公式3.波函数及其物理意义在量子力学中，引入一个物理量：波函数 ，来描述粒子所具εεεεεn ,,4,3,2,⋅⋅⋅νh =εh νmc E ==2λh m p ==v有的波粒二象性。
波函数满足薛定格波动方程粒子的波动性可以用波函数来表示，其中，振幅表示波动在空间一点(x ,y,z )上的强弱。
所以，应该表示 粒子出现在点(x,y,z )附件的概率大小的一个量。
从这个意义出发，可将粒子的波函数称为概率波。
自由粒子的波函数波函数的性质：可积性，归一化，单值性，连续性 4. 波函数的归一化及其物理意义常数因子不确定性设C 是一个常数，则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。
相位不定性如果常数 ，则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。
表示粒子出现在点(x,y,z )附近的概率。
表示点(x,y,z )处的体积元中找到粒子的概率。
这就是波函数的统计诠释。
自然要求该粒子在空间各点概率之总和为1 必然有以下归一化条件 5. 力学量的平均值既然 表示 粒子出现在点 0),()](2[),(22=-∇+∂∂t r r V mt r t i ψψ)](exp[Et r p i A k -⋅=ψ=ψ2|(,,)|x y z ψ2|(,,)|x y z x y z ψ∆∆∆x y zτ∆=∆∆∆2|(,,)|1x y z dxdydz ψ∞=⎰(,,)x y z ψ(,,)c x y z ψαi e C =(,,)i e x y z αψ(,,)x y z ψ22|()||(,,)|r x y z ψψ=),,(z y x r =23*3|()|()(),x r xd r r x r d r ψψψ+∞+∞-∞-∞==⎰⎰附件的概率，那么粒子坐标的平均值，例如x 的平均值x __，由概率论，有 又如，势能V是 的函数：，其平均值由概率论，可表示为 再如，动量 的平均值为： 为什么不能写成因为x 完全确定时p 完全不确定，x 点处的动量没有意义。
能量的量子化
能量的量子化
量子化，是指将能量的动力学概念转化为一系列的量子数学表达式，以描述它的基本行为。
这些表达式的意义在于建立量子力学模型，它提供了一种将能量转换为不同物理特性的框架。
这一理论是由德国物理学家霍金斯(Max Planck)在19世纪提出的，他提出量子力学的概念，即物体的行为可以用量子数来定义。
量子力学是物理学中最重要的一部分，它解释了微观物理学中的现象以及宇宙的形态和结构。
二、能量的量子化的应用
1. 原子和分子物理学
量子力学可以用来解释原子和分子的性质，以及它们之间的相互作用。
它有助于解释原子和分子的结构，以及分子反应的发生和物理特性的发展。
2. 核物理学
量子力学可以用来解释核反应的性质，以及这些反应中不同粒子的作用。
它也被用来解释放射性物质的生成和衰变，以及核反应燃料中的放射性释放。
3. 激光物理学
量子力学被广泛用于激光物理学的研究。
它能够解释激光束的行为，以及激光束的各种效果，包括例如激光振荡、激光衰减等等。
三、能量的量子化的优点
1. 简化能量的分析
量子力学使得许多复杂的物理系统变得更加容易分析和理解。
它通过建立量子数学模型来解释它们的行为，这使得能源分析和转换变得更加容易。
2. 加强对物理的理解
量子力学提供了一种理解物理世界的框架，它使得研究物理更加系统化和可预测。
这使得数学模型成为一种把物理概念转换为真实现象的工具。
《能量的量子化》 知识清单
《能量的量子化》知识清单一、什么是能量的量子化在经典物理学中，能量被认为是可以连续变化的。
然而，随着科学的发展，人们发现，在微观世界中，能量的取值并不是连续的，而是以特定的、离散的“一份一份”的形式存在，这就是能量的量子化。
简单来说，就好像我们去买水果，在宏观世界里，我们可以买到任意重量的水果，比如 15 千克、23 千克。
但在微观世界中，能量就像是被包装好的固定重量的水果包，只能是特定的几个重量值，而不是在这之间任意取值。
二、能量量子化的发现历程19 世纪末，科学家们在研究黑体辐射时遇到了难题。
经典物理学的理论无法解释黑体辐射的实验结果。
普朗克经过深入研究，大胆提出了一个假设：黑体辐射中的能量不是连续的，而是以量子的形式发射和吸收。
他引入了一个常量 h，被称为普朗克常量，成功地解释了黑体辐射的实验规律。
这一发现，开启了量子力学的大门，也让人们开始认识到微观世界与宏观世界的巨大差异。
三、量子化的基本概念1、量子量子是能量的最小单位，不可再分割。
例如，光子就是光的量子，它具有特定的能量。
2、能级在原子、分子等微观系统中，电子只能处于特定的能量状态，这些能量状态被称为能级。
电子在不同能级之间跃迁时，会吸收或发射特定能量的光子。
3、量子跃迁电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程，是瞬间完成的，并且伴随着能量的吸收或发射。
四、能量量子化的应用1、激光技术激光的产生基于原子或分子的能级结构和量子跃迁。
通过特定的激发方式，使大量原子或分子处于相同的高能级，然后在跃迁到低能级时释放出大量相同频率、相位和方向的光子，形成高强度的激光束。
2、半导体技术在半导体材料中，电子的能量状态和跃迁决定了其导电性能。
通过控制半导体中的杂质浓度和能带结构，可以制造出各种电子器件，如二极管、晶体管等。
3、量子计算利用量子比特的叠加和纠缠特性，实现高速的计算处理。
量子比特的状态可以处于 0 和 1 的叠加态，这使得量子计算机在处理某些特定问题时具有远超传统计算机的能力。
能量量子化龚晓波1
3、经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
M0 (T )
实验值
紫 外 灾
难
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；短波荒谬 ----紫外灾难
二、教学目标分析
（一）知识与技能 1．通过了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐
射 2．了解黑体辐射的实验规律，理解黑体热辐射的强度与波长的
关系 3．了解能量子的概念 （二）过程与方法 从物理学的发展进程中，引出量子力学，进而了解微观世界中
的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。 体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。 （三）情感、态度与价值观 问题式的引入新课，让学生回到19世纪末，启发学生思考，激 发学生的求知欲，能由被动变为主动学习。
开尔文发言: “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
迈克尔逊莫雷实验
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
思考与讨论1: 在火炉旁边有什么感觉?
热
"热"是这样传人身上的？
一、黑体与黑体辐射
1、热辐射
学生阅读课本，解决以下问题（学生自主学习）
1、什么是热辐射 2、热辐射与哪些因素有关？ 3、热辐射中波长随温度怎么变化？（结合所补充的知识）
2、黑体与黑体辐射
小组讨论1：一座建设中的楼房还 没安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处看窗内，你会发现什么？ 为什么？
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1 能量量子化：物理学的新纪元
★新课标要求
（一）知识与技能
1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射
2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系
3．了解能量子的概念
（二）过程与方法
了解微观世界中的量子化现象。
比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。
体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。
（三）情感、态度与价值观
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
★教学重点
能量子的概念
★教学难点
黑体辐射的实验规律
★教学方法
教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：
投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排
1 课时
★教学过程
（一）引入新课
教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。
）
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。
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。
”
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，----”
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”。
点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现
（二）进行新课
1．黑体与黑体辐射
教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。
学生：阅读教材关于热辐射的描述。
教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。
并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。
（1）热辐射现象
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。
例如：铁块温度↑
从看不出发光到暗红到橙色到黄白色
从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。
（2）黑体
教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。
不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。
概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。
教师：课件展示黑体模型。
不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。
如图所示。
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．黑体辐射的实验规律
教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”
，接合课件展示，讲解黑体辐射的实
黑体模型
验规律。
如图所示。
黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各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。
教师：提出问题，设置疑问。
怎样解释黑体辐射的实验规律呢？
在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。
德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。
结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。
课件展示：瑞利--金斯线。
见课件。
3．能量子：超越牛顿的发现
教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。
必然会促使人们去发现新的理论。
这就是能量子概念。
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：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（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... n ε，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
这个最小能量值，就叫做能量子
课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
（1）黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式
0 1 2 3 4 5
(μm) e 实验结果 ν
εh =1
π2)(/3
2-=kT h e c h T M νννs
J 1055.634⋅⨯=-h
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年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和 黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。
使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？
没有。
物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。
近10年以后，1897年，汤姆孙发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。
人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”
（三）课堂小结
教师活动：让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”1、2、3题
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
秒
焦⋅⨯=-3410626.6h。