【人教2019版新教材课件】13.5能量量子化

带小孔的不透明空腔 带小洞的炼钢炉
向远处观察打开的 窗子近似黑体
不透明的材料制成带小孔的的空 腔,可近似看作黑体。
平衡态时黑体辐射只依赖 于物体的温度,与构成黑 体的材料形状无关。
二、黑体及黑体辐射
3.说明： ⑴黑体是个理想化的模型。 例：开小洞的炼钢炉，远处的窗口等可近似看作黑体。 ⑵对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 ⑶一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的 强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，原子的发射光谱 只有一些分立的亮线
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
【例1】下列叙述正确的是（ ACD ）
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
13.5 能量量子化
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19世纪末，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。
例如，铁块随着温度升高： 现象：不发光→ 暗红→ 赤红→ 橘红→ 黄白色
800 K
1000 K
1200 K
表明：铁块辐射电磁波
1400 K
一、热辐射
1、 一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物 体的温度有关,故称为热辐射。热辐射辐射电磁波的特性与温度有关。
2、⑴任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。 ⑵热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，但是强度不同。 ⑶热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关， 低温物体发出的是红外光， 温度 短波长的电磁波的比例 。 炽热物体发出的是可见光， 高温物体发出的是紫外光。
0
-0.54 eV -0.85 eV -1.51 eV -3.40 eV
-13.6 eV
四、能级
2、能级跃迁
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这 个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。
从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也 可能是由于碰撞、加热等方式来传递能量。
3、平衡热辐射：加热一物体 物体的温度恒定时物体所吸收的能量等于 在同一时间内辐射的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射。
冶金工业的发展及对恒星研究的需要促进了对黑体辐射的研究
二、黑体及黑体辐射
1.理想的热辐射体是“绝对黑体”，简称“黑体”，它能完全吸收各种 波长的辐射能而不发生反射，折射和透射.
2.黑体模型
三、黑体辐射的实验规律
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 1、测量黑体辐射的实验原理图：
加热空腔使其温度升高，空腔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。
TT
平行光管
三棱镜
三、黑体辐射的实验规律
2、黑体辐射实验规律
辐射强度:单位时间内从物体单位面积上所发 射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，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)
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，……”
【例2】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就 可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?
[答案] 根据热辐射的规律可知，当物体的温度 升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强， 可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少， 频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、 蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光 的颜色大致估计炉内的温度
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
的风暴普后，朗来乌的克云事量落实子地证力化明为学，一的正埸是诞春这生雨两，朵浇乌灌云着相发两展对朵成论鲜为问花一世。埸革命
经典 力学
微观领域 高速领域
量子力学 相对论
思考与讨论1: 在火炉旁边有什么感觉?
投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会又是什么颜色？
• 对于频率为 的谐振子，最小能量为：ε=h
三、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ຫໍສະໝຸດ Baidu射公式
M.Planck 德国人 1858－1947
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年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和
辐射或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。
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．
能量
经典
量子
辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能 量是某一最小能量的整数倍 E=nε n=1,2,… •ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数—— 能量量子化 • 谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量
发现：随温度的升高
①各种波长的辐射强度都在增加；
②辐射强度的最大值向短波方向移动
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；短波荒唐 ----紫外灾难
三、能量子：超越牛顿的发现
1、普朗克能量子假说
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为单位一份一份地
h = 6.626 ×10-34 焦g秒
三、能量子：超越牛顿的发现
2、光子 （1）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表 面逸出。这个现象叫光电效应，这种电子常被称为光电子。
（2）光子：光本身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，是 普朗克常量，这些能量叫光子。
E h
四、能级
n=
由量子力学得出的氢原子能级图
n=5
n=4
1、能级: 微观世界中能量取值分立的观
n=3
念也适用于原子系统，原子的能量是量子
巴 耳
化的。这些量子化的能量叫做能级。
n=2
末
系
高能级: 能量较高的能级
n=1
低能级: 能量较低的能级
基能级: 能量最低的能级 (相应的状态称基态）
激发能级: 能量高于基能级的其它所有能级(相应状态称激发态)
【例3】对应于3.4×l0-l9J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=c/λ得 • ν=ε/h=5.13×1014Hz • λ=c/ν=5.85×10-7Hz • 5.13×10-14Hz的频率属于黄光的频率范围， 它是黄光，其波长为5.85×l0—7m。