能量量子化 ppt课件
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13-5 能量量子化 课件 -高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，普朗克提出：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。
例如，可能是ε、2ε、 3ε……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。
这个不可再分的能量值 ε 叫做能量子。
普
能量
朗
克
微观粒子的能量是量子化的，是不连续的。
三、能级
1.微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。
这些量子化的能量值叫作能级。
2.原子处于最低能量状态时是最稳定的；处于较高 能量状态时不稳定。
n
E/eV
∞ －－－－－－ 0 eV
3.原子
4
-0.85
从高能态向低能态跃迁，放出光子能量；
电子
3
-1.51
从低能态向高能态跃迁，吸收光子能量。
4.热辐射与温度、材料种类及表面形状有关。
除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。
5.如果某物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发 生反射，这物体称为黑体。（不一定是黑色的）
6.黑体辐射规律 （1）黑体不反射电磁波，但可以向 外辐射电磁波，强度按波长的分布只 与它的温度有关。 （2）温度升高，各种波长的辐射强 度都有增加。 （3）温度升高，辐射强度的极大值 向波长较短的方向移动。
电磁场本身就是不连续的 光本身就是由一个个不可分割的能量 子组成的，这些能量子后来被叫做光 子，频率为 v 的光，其光子为
hv
hv
宏观 微观 连续 量子化
例2.(多选)关于对能量子的认识,下列说法正确的是( BC )
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 ε B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C.能量子与电磁波的频率成正比 D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
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(√ )
2．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物
体。显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可
近似地看成黑体。如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，
可近似地看作黑体。这是利用了
(
)
A．控制变量法
B．比值法
C．类比法
D．理想化方法
D
[黑体实际上是一种物理模型，把实际物体近似看作黑体，
在室温下，辐射的主要成
分是波长较长的电磁波
在电磁波
2.温度升高，辐射强度增大，同时辐射电磁波的频率和波长也在变化。
热辐射
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,所以叫热辐射。
2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当温度升高时,
物理学家只要做一些零碎的修补工
作就行了。
但是，在物理学晴朗天空的远处
，还有两朵令人不安的乌云。
威廉·汤姆孙开尔文
引入
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴
，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。
量子论
相对论
热辐射
在炉火旁边有什么感觉？
冬天会感觉到很暖和，
因为炉火在辐射能量
热辐射现象：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物
(2)能量子公式:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。
h≈6.626×10-34 J·s(一般取h=6.63×10-34 J·s)。
(3)能量量子化: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
能量量子化。
能量子
2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为:物体的运动是连续的,能量
能量量子化课件
(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而 有所不同．
用实验来观察热辐射现象，可以发现热辐射的光谱是连续 光谱，并且辐射光谱的性质与温度有关．在室温下，大多数物 体辐射不可见的红外线，但当物体被加热到500℃左右时，开 始发出暗红色的可见光．随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起 来，而且波长较短的辐射越来越多．大约在1 500℃时就变成 明亮的白炽光．这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量， 在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中能量
(3)一般物体的热辐射和黑体辐射及其吸收、反射的特点
热辐射特点
吸收、反射特点
辐射电磁波的情况与温 既吸收、又反射．其
一般
度有关，与材料的种类 他能力与材料种类及
物体
及表面状态有关
入射波长等因素有关
辐射电磁波的强度按波 完全吸收各种入射电
黑体 长分布只与黑体的温度 磁波，不反射
有关
二、能量量子化 1．普朗克的量子化假设 (1)能量子 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．例如可能是ε、2ε或3ε……当带电微粒辐射和吸收能量 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．
黑体辐射的实验规律ຫໍສະໝຸດ 19世纪末，物理学家从实验和理论两个方面研究了各种温 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，得出了如图所示的实验曲线．
每一条曲线都有一个极大值，随着温度的升高，黑体的辐 射强度迅速增大，并且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解释． ①维恩公式解释：1896年德国物理学家维恩(W.Wien)从热 力学理论出发，得到一个公式，但它只是在短波部分与实验相 符，而长波部分与实验存在明显的差异． ②瑞利公式解释：1900年，英国物理学家瑞利(L.Ray Leigh)从经典电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果在长 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”．
新教材高中物理第13章电磁感应与电磁波初步5能量量子化课件新人教版必修第三册
A．2×1015 C．2×1017
B．2×1016 D．2×1023
(C)
解析：设离灯10 m远处每平方米面积上每秒灯照射的能量为E0，则 有E0＝41π0R02；设穿过的光子数为n，则有：nhcλ＝E0；解得：n＝Eh0cλ，代 入数据，得：n≈2.4×10
C．7.0×10－10 W
D．1.2×10－18 W
思路引导：解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝ nε等关系式。
解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到 最小功率为
P＝6htλc＝6×6.63×531001×－341×0－39×108W≈ 2.3×10－18 W。
第十三章 电磁感应与电磁波初步
5．能量量子化
目标体系构建 课前预习反馈 课内互动探究 核心素养提升 课堂达标检测
目标体系构建
【学习目标】
1．知道热辐射、黑体辐射的概念。 2．了解普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。 3．了解原子能级及能级跃迁规律。
【思维脉络】
课前预习反馈
知识点 1 热辐射
射认识，下列说法中正确的是
( B)
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射电磁波的情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状
况无关
D． 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电 磁波越强，A错误，B正确；辐射电磁波的情况与物体的温度有关，与材 料种类及表面状况也有关，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光 的颜色，D错误。
解析：一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的 红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小 和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行 动。故只有B项正确。
13.5能量量子化—【新教材】人教版(2019)人教版高中物理必修第三册课件
知道能量子和普朗克常量。
利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光,已知普朗 我国的神光“Ⅱ”装置是国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.
一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
能量子与电磁波的频率成正比
克常量h=6.63×10 J·s,则该紫外激光所含光子数为多少个?(保留2位 定义:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作_____。
答案:4.2×1021个 (3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之___。
能量子公式:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。
(2)把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作_____。
(3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,普朗克常量。
-34
知道能量子和普朗克常量。
氢 原子光谱：分立的线状谱
有效数字) 最后他不得不承认：微观世界的某些规律在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强
(1)定义: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。
一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
答案:BC
三、能级
氢 原子光谱：分立的线状谱
1.定义:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作_能__级__。
一切物体都在辐射电磁波 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 一切物体均在不停地辐射红外线
2.能级跃迁: 振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
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。 (3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之___。
能量量子化 课件
度有关
二、紫外灾难
对于怎样解释黑体辐射的实验规律问题，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．结果发现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”．
三、普朗克能量量子化假说的理解
注意 物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态 “飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些 能量的任何一个中间状态．
1． (1)在火炉旁边有什么感觉？ (2)投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么 颜色？
点拨 (1)在火炉旁边会感到很热，这是因为火炉不断地向 外辐射能量．
(2)投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升 高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与 温度有关．
解析 根据公式 ν＝cλ和 ε＝hν 可知： 400 nm 对应的能量子 ε1＝hλc1＝6.63×10－34×430.00××1100－89 J＝4.97×10－19 J. 700 nm 对应的能量子 ε2＝hλc2＝6.63×10－34×730.00××1100－89 J＝2.84×10－19 J.
答案 AD
借题发挥 随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加， 当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是 黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．
能量子的理解及ε＝hv的应用
【典例2】 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各 是多少？
2．
一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比， 你会发现什么？为什么？
二、紫外灾难
对于怎样解释黑体辐射的实验规律问题，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．结果发现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”．
三、普朗克能量量子化假说的理解
注意 物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态 “飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些 能量的任何一个中间状态．
1． (1)在火炉旁边有什么感觉？ (2)投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么 颜色？
点拨 (1)在火炉旁边会感到很热，这是因为火炉不断地向 外辐射能量．
(2)投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升 高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与 温度有关．
解析 根据公式 ν＝cλ和 ε＝hν 可知： 400 nm 对应的能量子 ε1＝hλc1＝6.63×10－34×430.00××1100－89 J＝4.97×10－19 J. 700 nm 对应的能量子 ε2＝hλc2＝6.63×10－34×730.00××1100－89 J＝2.84×10－19 J.
答案 AD
借题发挥 随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加， 当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是 黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．
能量子的理解及ε＝hv的应用
【典例2】 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各 是多少？
2．
一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比， 你会发现什么？为什么？
高中物理优质课件【电磁波的发现及应用 能量量子化】
定的磁场
定的电场
不均匀变化的电场在周围空间产生 不均匀变化的磁场在周围空间产生
变化的磁场
变化的电场
振荡电场产生同频率的振荡磁场 振荡磁场产生同频率的振荡电场
人教物理 必修第三册
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2.对电磁场的理解 (1)电磁场的产生：振荡电场产生同频率的振荡磁场，振荡磁场产生同 频率的振荡电场，周期性变化的电场、磁场相互激发，形成的电磁场 一环套一环，如图所示。
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解析：教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的是振荡电 流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场(磁 场)不会产生磁场(电场)，故选项C错误；电磁波在传播过程中，电场方 向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确。
人教物理 必修第三册
二 电磁波及其应用 1．电磁波：__变__化____的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周 围传播，空间就存在电磁波。 2．电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本质，他预言电磁波的速 度等于__光__速____。 3．电磁波的实验证实：___赫__兹___通过实验捕捉到了电磁波，证实了麦 克斯韦的电磁场理论。
人教物理 必修第三册
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4．电磁波谱 (1)电磁波的波长、频率、波速的关系：c＝___λ_f____。 (2)在真空中，电磁波的速度c＝_3_._0_×__1_0_8_ m/s。 (3)按电磁波的__波__长____或___频__率___大小的顺序把它们排列起来就是电
磁波谱。 (4) 电 磁 波 谱 的 排 列 ： 按 波 长 由 长 到 短 依 次 为 _无__线__电__波___ 、 红 外 线 、 _可__见__光___、紫外线、X射线、__γ_射__线___。
能量量子化(精华版)
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
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
答案 4.97×10－19 J 2.84×10－19 J
【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)
【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)
人教高二物理选修能量量子化讲课文档
2、辐射强度的极 大值向波长较短的 方向移动
λ (μm) 0123456
第六页，共17页。
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o1 2 3 4 5
6 78
/μm
第七页，共17页。
微观世界的 某些规律，在 我们宏观世界
看起来可能非 常奇怪
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
四、量子学——物理学新纪元
第十六页，共17页。
人教高二物理选修能量量子化PPT
第一页，共17页。
问题：在炉火旁边有什么感觉？炉火温度越高感 觉又会怎样？
1、热辐射:一切物体由于分子、原子受到激 发都在辐射电磁波,这种辐射与温度有关,故 称为热辐射；
热辐射强度按波长 分布情况随温度变化而不同： 温度升高，辐射电磁波中短波长成分更多
固体在子
第九页，共17页。
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
普朗克公式与实验结果的比较
e0(,T)
实验值
普朗克
第十页，共17页。
1 2 3 4 5 67
8 λ9(μm)
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。
第八页，共17页。
M.Planck （1858－1947）
德国人
三、能量子
振动的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε（称为能量
子）的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. 当带电微粒 辐射或吸收能量时也是一这个最小能量值为单位一份一
λ (μm) 0123456
第六页，共17页。
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o1 2 3 4 5
6 78
/μm
第七页，共17页。
微观世界的 某些规律，在 我们宏观世界
看起来可能非 常奇怪
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
四、量子学——物理学新纪元
第十六页，共17页。
人教高二物理选修能量量子化PPT
第一页，共17页。
问题：在炉火旁边有什么感觉？炉火温度越高感 觉又会怎样？
1、热辐射:一切物体由于分子、原子受到激 发都在辐射电磁波,这种辐射与温度有关,故 称为热辐射；
热辐射强度按波长 分布情况随温度变化而不同： 温度升高，辐射电磁波中短波长成分更多
固体在子
第九页，共17页。
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
普朗克公式与实验结果的比较
e0(,T)
实验值
普朗克
第十页，共17页。
1 2 3 4 5 67
8 λ9(μm)
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。
第八页，共17页。
M.Planck （1858－1947）
德国人
三、能量子
振动的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε（称为能量
子）的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. 当带电微粒 辐射或吸收能量时也是一这个最小能量值为单位一份一
课件2：13.5 能量量子化
假设的意义，他把能量子假设进行了推
广，认为电磁场本身就是不连续的。也
就是说，光本身就是由一个个不可分割
的能量子组成的，频率为ν的光的能量
子为 hν， h 为普朗克常量。这些能量
子后来被叫作光子。
15
微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能
量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级（energy level）。
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，
乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
3
迈克尔逊-
黑体辐射实验
莫雷实验
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
微观领域
量子力学
高速领域
相对论
经典力学
4
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，所以叫作热辐射。
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
解析：
由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射
强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变
化都将反过来，故A、C、D正确，B错误。
电磁波的辐射和吸收
(1)比较辐射、吸收首先要分清是黑体还是一般物体。
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( B )
ℎ
A.
2
C.2he
B.
2
ℎ
D.
1
2ℎ
3. (多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研
广，认为电磁场本身就是不连续的。也
就是说，光本身就是由一个个不可分割
的能量子组成的，频率为ν的光的能量
子为 hν， h 为普朗克常量。这些能量
子后来被叫作光子。
15
微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能
量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级（energy level）。
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，
乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
3
迈克尔逊-
黑体辐射实验
莫雷实验
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
微观领域
量子力学
高速领域
相对论
经典力学
4
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，所以叫作热辐射。
C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
解析：
由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射
强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变
化都将反过来，故A、C、D正确，B错误。
电磁波的辐射和吸收
(1)比较辐射、吸收首先要分清是黑体还是一般物体。
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( B )
ℎ
A.
2
C.2he
B.
2
ℎ
D.
1
2ℎ
3. (多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研
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内温度升高，小孔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐 射就是黑体辐射．利用分光技术和热电偶等设备，便可测出它 辐射的电磁波强度按波长的分布情况．
图 17－1－1
2．实验发现：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 17－1－2 所示．
题型 2 能量子的计算
【例题】光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是 400～ 700 nm.400 nm、700 nm 电磁辐射的能量子的值各是多少？
解析：根据公式 ν＝cλ和 ε＝hν 可知 400 nm 对应的能量子 ε1＝hλc1＝6.63×10－34×430.00××1100－89 J＝4.97×10－19 J 700 nm 对应的能量子 ε2＝hλc2＝6.63×10－34×730.00××1100－89 J＝2.84×10－19 J.
【例题】氦—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.D．3.2×1014
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
图 17－1－2
【特别提醒】经典理论结果与实验事实之间产生的矛盾： (1)维恩公式在短波区与实验基本一致，而在长波区则偏离很 大；(2)瑞利公式在长波区与实验基本一致，而在短波区与实验 严重不符，当波长趋于零时，辐射会变得无穷大，即所谓的“紫 外灾难”，这显然是荒谬的.
知识点 3 能量子：超越牛顿的发现 1．能量子 (1)能量子 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．例如，可能是 ε 或 2ε、3ε……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．量子化假设的实验证实 普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验符合之好令人 击掌叫绝．如图 17－1－3 所示，曲线是根据普朗克的公式作出 的，小圆代表实验值．
图 17－1－3
3．普朗克的量子化假设的意义 普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新 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 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 征．
解析：根据热辐射的定义，A 说法正确；一般物体辐射电 磁波的情况还和材料的种类及表面状况有关，黑体辐射只与黑 体的温度有关，B 说法错误，C 说法正确；由黑体的定义可知 道 D 说法正确．
答案：B
1．黑体辐射的实验规律如图 17－1－4 所示，下列说法错 误的是( )
图 17－1－4
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 解析：由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度有 增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降 低时，变化正好反过来，故选 B. 答案：B
答案：4.97×10－19 J 2.84×10－19 J
能量量子化
第十七章 波粒二象性
1 能量量子化
知识点 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：如果某种物体能__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．
答案：B
1．“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系 统，利用它可获得能量为 2 400 J、波长λ=0.35 μm 的紫外激光． 已知普朗克常量 h＝6.63×10-34 J·s，则该紫外激光所含光子数 为多少？
解：紫外线的波长已知，由此可求得紫外线能量子的值， 再根据激光发射的光能量为 2 400 J，即可求得紫外激光所含光 子数．
(2)能量子公式：_ε_＝__h_ν____ ν是电磁波的频率，h 是一个常量，后被称为普朗克常量 (Planck constant)，其值为___h_＝__6_.6_2_6_×__1_0_-_34_J_·_s___ (3)能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现 象叫做能量的量子化．
紫外激光能量子的值为 ε＝hλc＝6.63×0.1305－×341×0－36×108 J＝ 5.68×10－19 J，则该紫外激光所含光子数为 n＝Eε =5.682×40100－19 ≈4.23×1021
题型 1 黑体与热辐射 【例题】下列说法错误的是( ) A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有 关 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
3．实验表明：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除 与_温__度__有关外，还与材料的_种__类__及__表__面__状__况___有关，而黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的__温__度__有关．在研 究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究．
知识点 2 黑体辐射的实验规律 1．黑体辐射的获取：对图 17－1－1 中的空腔加热，空腔
图 17－1－1
2．实验发现：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 17－1－2 所示．
题型 2 能量子的计算
【例题】光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是 400～ 700 nm.400 nm、700 nm 电磁辐射的能量子的值各是多少？
解析：根据公式 ν＝cλ和 ε＝hν 可知 400 nm 对应的能量子 ε1＝hλc1＝6.63×10－34×430.00××1100－89 J＝4.97×10－19 J 700 nm 对应的能量子 ε2＝hλc2＝6.63×10－34×730.00××1100－89 J＝2.84×10－19 J.
【例题】氦—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.D．3.2×1014
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
图 17－1－2
【特别提醒】经典理论结果与实验事实之间产生的矛盾： (1)维恩公式在短波区与实验基本一致，而在长波区则偏离很 大；(2)瑞利公式在长波区与实验基本一致，而在短波区与实验 严重不符，当波长趋于零时，辐射会变得无穷大，即所谓的“紫 外灾难”，这显然是荒谬的.
知识点 3 能量子：超越牛顿的发现 1．能量子 (1)能量子 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．例如，可能是 ε 或 2ε、3ε……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．量子化假设的实验证实 普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验符合之好令人 击掌叫绝．如图 17－1－3 所示，曲线是根据普朗克的公式作出 的，小圆代表实验值．
图 17－1－3
3．普朗克的量子化假设的意义 普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新 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 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 征．
解析：根据热辐射的定义，A 说法正确；一般物体辐射电 磁波的情况还和材料的种类及表面状况有关，黑体辐射只与黑 体的温度有关，B 说法错误，C 说法正确；由黑体的定义可知 道 D 说法正确．
答案：B
1．黑体辐射的实验规律如图 17－1－4 所示，下列说法错 误的是( )
图 17－1－4
A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加 C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 解析：由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度有 增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降 低时，变化正好反过来，故选 B. 答案：B
答案：4.97×10－19 J 2.84×10－19 J
能量量子化
第十七章 波粒二象性
1 能量量子化
知识点 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：如果某种物体能__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．
答案：B
1．“神光Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系 统，利用它可获得能量为 2 400 J、波长λ=0.35 μm 的紫外激光． 已知普朗克常量 h＝6.63×10-34 J·s，则该紫外激光所含光子数 为多少？
解：紫外线的波长已知，由此可求得紫外线能量子的值， 再根据激光发射的光能量为 2 400 J，即可求得紫外激光所含光 子数．
(2)能量子公式：_ε_＝__h_ν____ ν是电磁波的频率，h 是一个常量，后被称为普朗克常量 (Planck constant)，其值为___h_＝__6_.6_2_6_×__1_0_-_34_J_·_s___ (3)能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现 象叫做能量的量子化．
紫外激光能量子的值为 ε＝hλc＝6.63×0.1305－×341×0－36×108 J＝ 5.68×10－19 J，则该紫外激光所含光子数为 n＝Eε =5.682×40100－19 ≈4.23×1021
题型 1 黑体与热辐射 【例题】下列说法错误的是( ) A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有 关 D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
3．实验表明：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除 与_温__度__有关外，还与材料的_种__类__及__表__面__状__况___有关，而黑体 辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的__温__度__有关．在研 究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究．
知识点 2 黑体辐射的实验规律 1．黑体辐射的获取：对图 17－1－1 中的空腔加热，空腔