第1能量量子化

1、第第1 1節(jié)節(jié) 能量量子化能量量子化學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo): : 1 1、了解黑體輻射及其特性，感悟以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、了解黑體輻射及其特性，感悟以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)方法的科學(xué)方法 2 2、了解能量子的概念及提出過(guò)程，領(lǐng)會(huì)這一科、了解能量子的概念及提出過(guò)程，領(lǐng)會(huì)這一科學(xué)過(guò)程中科學(xué)家的思想學(xué)過(guò)程中科學(xué)家的思想 3 3、通過(guò)觀察熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖像，、通過(guò)觀察熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖像，培養(yǎng)觀察能力培養(yǎng)觀察能力 4 4、理解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，、理解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)一、一、 黑體輻射及其

2、特點(diǎn)黑體輻射及其特點(diǎn)1. 1. 熱輻射熱輻射由于分子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致物體輻射電磁波由于分子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致物體輻射電磁波溫度不同時(shí)溫度不同時(shí) 輻射的波長(zhǎng)分布不同輻射的波長(zhǎng)分布不同這種與溫度有關(guān)的輻射這種與溫度有關(guān)的輻射 稱(chēng)為稱(chēng)為熱輻射熱輻射熱輻射熱輻射 - - 熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程固體在溫度升高時(shí)顏色的變化固體在溫度升高時(shí)顏色的變化1400k800k1000k1200k 一切物體都在輻射與物體溫度有關(guān)一切物體都在輻射與物體溫度有關(guān)的電磁波。的電磁波。2. 2. 對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí)對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí)任何物體任何溫度均存在熱輻射任何物體任何溫度均存在熱輻射溫度溫度 發(fā)射的能量發(fā)射的能量

3、 電磁波的短波成分電磁波的短波成分 如一個(gè)如一個(gè)20瓦的白熾燈和一個(gè)瓦的白熾燈和一個(gè)200瓦的白熾燈瓦的白熾燈昏黃色昏黃色賊亮賊亮 刺眼刺眼直覺(jué)直覺(jué): : 低溫物體發(fā)出的是低溫物體發(fā)出的是紅外光，紅外光，熾熱物體發(fā)出的是熾熱物體發(fā)出的是可可見(jiàn)光，見(jiàn)光，高溫物體發(fā)出的是高溫物體發(fā)出的是紫外光紫外光注意：注意： 熱輻射與溫度有關(guān)熱輻射與溫度有關(guān) 激光激光 日光燈發(fā)光是熱輻射嗎？日光燈發(fā)光是熱輻射嗎？能全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射能而不發(fā)生反射，能全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體。簡(jiǎn)稱(chēng)折射和透射的物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體。簡(jiǎn)稱(chēng)黑體黑體3. 3. 黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律

4、不透明的材料制成帶小孔的的空腔不透明的材料制成帶小孔的的空腔, ,可近似看可近似看作作黑體黑體。黑體模型黑體模型 研究黑體輻射的研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。黑體模型黑體模型空腔上的小孔空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞煉鋼爐上的小洞向遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)向遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)的窗子的窗子近似黑體近似黑體實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置t平行光管平行光管三棱鏡三棱鏡t0 1 2 3 4 5 6(m)1700k1500k1300k1100k),(0te 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果o實(shí)驗(yàn)值/m)(0tm維恩線維恩線瑞利瑞利-金斯線金斯線紫紫外外災(zāi)災(zāi)難難普普朗朗克克線線12345678黑體輻射

5、實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中 一朵令人不安的烏云。一朵令人不安的烏云。(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值),(0te 普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式1.黑體輻射公式黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國(guó)普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式黑體輻射公式12)(/32kthechtmsj1055. 634hm.planck 德國(guó)人德國(guó)人 185819472.2.能量子假說(shuō)能量子假說(shuō)：輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射

6、能。但作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量（稱(chēng)為（稱(chēng)為能量子）的整數(shù)倍，即：能量子）的整數(shù)倍，即：, 1, 1, 2, 2, 3, 3, , . . n n. . n n為正整數(shù)，稱(chēng)為為正整數(shù)，稱(chēng)為量子數(shù)。量子數(shù)。 對(duì)于頻率為對(duì)于頻率為的諧振子最小能量為的諧振子最小能量為能量能量量子量子經(jīng)典經(jīng)典h 普朗克后來(lái)又為這種與經(jīng)典物理格格不入普朗克后

7、來(lái)又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過(guò)十多年的努力證明的觀念深感不安，只是在經(jīng)過(guò)十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信他才堅(jiān)定地相信h h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。 19181918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 他的墓碑上只刻著他的姓名和他的墓碑上只刻著他的姓名和秒焦3410626. 6h看下列一組照片能否給你一點(diǎn)啟發(fā)看下列一組照片能否給你一點(diǎn)啟發(fā) 19001900年年1212月月1414日，普朗克在柏林宣讀了他關(guān)日，普朗克在柏林宣讀了他關(guān)于黑體輻

8、射的論文，宣告了量子的誕生。那一年于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他他4242歲。普朗克把能量子引入物理學(xué)歲。普朗克把能量子引入物理學(xué), ,正確地破除正確地破除了了”能量連續(xù)變化能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念的傳統(tǒng)觀念, ,成為現(xiàn)代物理學(xué)成為現(xiàn)代物理學(xué)思想的基石之一思想的基石之一, , 為我們打開(kāi)了量子之門(mén)為我們打開(kāi)了量子之門(mén), , 就在就在19001900年，一個(gè)名叫愛(ài)因斯坦年，一個(gè)名叫愛(ài)因斯坦(albert (albert einstein)einstein)的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)(eth)(eth)畢畢業(yè)，正在為將來(lái)的生活發(fā)愁。業(yè)，正在為將來(lái)的生活發(fā)愁。

9、5 5年后他受量子化啟年后他受量子化啟發(fā)提出了光量子發(fā)提出了光量子, ,成功的解釋了光電效應(yīng)成功的解釋了光電效應(yīng). . 能量量子化能量量子化: :物理學(xué)的新紀(jì)元物理學(xué)的新紀(jì)元 就在那一年就在那一年, ,在丹麥，在丹麥，1515歲的玻爾歲的玻爾(niels bohr)(niels bohr)正正在哥本哈根的中學(xué)里讀書(shū)。玻爾有著好動(dòng)的性格。學(xué)習(xí)方在哥本哈根的中學(xué)里讀書(shū)。玻爾有著好動(dòng)的性格。學(xué)習(xí)方面，他在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面顯示出了非凡的天才，但是他的面，他在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面顯示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文卻是全校有名。笨拙的口齒和慘不忍睹的作文卻是全校有名。1313年后他提年后他提出

10、了原子軌道量子化出了原子軌道量子化. . 德布羅意德布羅意(louis de broglie)(louis de broglie)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)8 8歲，還正在家里歲，還正在家里接受良好的幼年教育。后來(lái)他提出了物質(zhì)波接受良好的幼年教育。后來(lái)他提出了物質(zhì)波. . 再過(guò)再過(guò)1212個(gè)月，維爾茲堡個(gè)月，維爾茲堡(wurzberg)(wurzberg)的一位著名希臘的一位著名希臘文學(xué)教授就要喜滋滋地看著他的寶貝兒子小海森堡文學(xué)教授就要喜滋滋地看著他的寶貝兒子小海森堡(werner karl heisenberg)(werner karl heisenberg)呱呱墜地。呱呱墜地。 以上人物都將在我們的課文中

11、出現(xiàn)以上人物都將在我們的課文中出現(xiàn). .請(qǐng)同學(xué)們記住請(qǐng)同學(xué)們記住他們的名字他們的名字. . 能量量子化能量量子化: :物理學(xué)的新紀(jì)元物理學(xué)的新紀(jì)元課堂練習(xí)課堂練習(xí)3.3.在白天在白天, ,對(duì)面樓房的窗戶(hù)看上去是黑色的對(duì)面樓房的窗戶(hù)看上去是黑色的, ,而外墻而外墻面是亮的面是亮的. .為什么為什么? ?1.1.請(qǐng)你填空請(qǐng)你填空: :在做全國(guó)人口普查時(shí)我們關(guān)心的是在做全國(guó)人口普查時(shí)我們關(guān)心的是: :現(xiàn)現(xiàn)在全國(guó)有幾在全國(guó)有幾_人人, , 班級(jí)小組長(zhǎng)在數(shù)人數(shù)時(shí)常用班級(jí)小組長(zhǎng)在數(shù)人數(shù)時(shí)常用: :一一_,_,兩兩_;_;等等. .4.4.光源發(fā)出的光能是一份一份的光源發(fā)出的光能是一份一份的, ,那么每份光能是怎那么每份光能是怎樣傳到你的眼睛里呢樣傳到你的眼睛里呢? ?是均勻分布在兩只眼睛里？還是均勻分布在兩只眼睛里？還是每份只傳給一只眼睛上的某一處呢是每份只傳給一只眼睛上的某一處呢? ?請(qǐng)你與同桌討論一下請(qǐng)你與同桌討論一下, ,說(shuō)說(shuō)你的猜想說(shuō)說(shuō)你的猜想. .2.2.燈向外輻射的能量是最小能量的整數(shù)倍燈向外輻射的能量是最小能量的整數(shù)倍. .那么紅那么紅光的最小能量比紫光