新人教版《能量量子化》优质课件1

能量子——超越牛顿的发现
普朗克的能量子观点不仅成功地解决了热辐射 中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志 着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进 入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
1918年，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。
普朗克
能量子的理解
联系生活实际说说你心中的连续性与量子化有什么区别？
在室温下，辐射的主要成 在高温情况下，辐射的主要
分是波长较长的电磁波
成分是波长较短的电磁波
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。
如何定量地研究物体的热辐射规律？ 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
常温下我们看到的物体颜色就是 一些物体看起来很黑，其实是它吸收 物体反射了该频率的电磁波，吸 所有电磁波，反射的电磁波很弱。 收了其他频率的电磁波。
米缸里存放的大米，在我们人类看 来，其质量是可以连续增加的，可 以多装入1.3kg或减少2.1kg。
那么黑体辐射实验具有什么样的规律呢？
黑体辐射
黑体辐射
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
黑体辐射的实验规律
辐射强度
01 6
你能由图找到黑体辐射的实验规律吗？
①温度升高，各种波长的辐射强度都 有增加； ②温度升高，辐射强度的极大值向波 长较短的方向移动。 1700 15K00K 1300K 1100K
那么，在研究物体的热辐射时，应如何避免反射电磁波的影响？
一座建设中的楼房还没安装窗子，但室内墙已经粉刷。从远处看， 将室内墙与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
发现室内墙是黑的，因为没有光 反射出来或反射出来的光比较弱
黑体与黑体辐射
黑体：如果一个物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波 长的电磁波而不发生反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。
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黑体辐射的实验规律
怎样解释黑体辐射的实验规律？
按照当时物理学的认识，物体中存在着不停运动的带电微粒，每 个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射，形 成连续的电磁波谱。
黑体辐射的实验规律
依据热学和电磁学的知识
德国物理学家维恩在1896 年提出了辐射强度按波长 分布的理论公式：
能量量子化
教学目标
了解黑体辐射，感悟以实验为基础的科学研究方法
了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破 过程中科学家的思想 通过观察热辐射的强度与波长的关系图象培养学生观察能力
了解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
教学重点
能量子的概念
教学难点
普朗克
为了得出同实验相符的黑 体辐射公式，德国物理学 家普朗克做了多种尝试， 进行了激烈的思想斗争。
微观世界的某些规律，在 我们宏观世界看来可能非 常奇怪。
普朗克
能量子
知道经典理论研究黑体辐射的困难
了解能量子的概念和计算 知道普朗克常量
能量子——超越牛顿的发现
能量子假说 1900年，普朗克作出了这样的大胆假设：
在空腔壁上开一个很小的孔，射入 小孔的电磁波在空腔中会发生多次 反射和吸收，最终不能从空腔射出。 这个小孔就可以看成一个绝对黑体。
注意：黑体是个理想化的模型。
德国物理学家基尔霍夫首先 提出了绝对黑体的模型。
黑体与黑体辐射
黑体一定是黑色的吗？
用一个白色的盒子，在侧面开一个 小孔，同样可以看做是一个黑体。 黑体不是一定必须是黑色的。
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
黑体
知道科学史上的两朵乌云
知道什么是热辐射 知道什么是黑体
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 射与物体的温度有关，故称为热辐射。
热辐射
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？ 投在炉中的铁块随温度升高依次呈 现不同颜色：
800K
1000K
这是热辐射的一个特性：
1200K
1400K
这表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
热辐射
热辐射的两条定性规律：
①辐射的电磁波中包含各种波长的电磁波，不同波长，辐射强度不 同。
能量子——超越牛顿的发现
能量子假说
普朗克常量
能量 经典 量子
能量子——超越牛顿的发现
黑体辐射公式 1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体 辐射公式
能量子——超越牛顿的发现
普朗克公式与实验结果的比较
实验值
1700K 普朗克理论
理论与实验符合 得让人拍手叫绝
12 34 56 7 8 9
黑体与黑体辐射
一个黑体在各种温度下，同样也会不断辐射出电磁波，这就是黑体 辐射。 那么，在研究热辐射的规律时，人们为什么特别注意对黑体辐射进 行研究？ 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规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种 具有普通意义的客观规律。
震动着的带电微粒的能量是某一最小能量的整数倍。
这个不可再分的最小能量值ε叫能量子，简称量子。 n为正整数，称为量子数。
能量子——超越牛顿的发现
能量子假说 带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能量值为单位 一份一份地辐射和吸收的。
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，这种现象叫能量的量子化。
Байду номын сангаас
实验值 维恩理论值
维恩公式在短波部分与实验结果吻合 得很好，但长波却不行。
黑体辐射的实验规律
英国物理学家瑞利在1900年也提 出了辐射强度按波长分布的理论 公式：
紫外灾难 实验值 瑞利理论值
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”。
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。
黑体辐射的实验规律
19世纪末，经典物理学在各个领域都取得了很大的成功
力学
热学
电磁学
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，认为物理学已经 发展到头了。
威廉·汤姆孙 开尔文勋爵
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。
但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两 朵令人不安的乌云。