《第13章 5.能量量子化》課件、同步練習、導(dǎo)學案

第五節(jié)能量量子化第十三章電磁感應(yīng)與電磁波初步一、熱輻射1.概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K

例如：鐵塊溫度

從看不出發(fā)光到暗紅到橘紅到黃白色。一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈昏黃色接近白色一、熱輻射1.概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。2.特征：輻射強度及波長的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加。注意：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射。3.熱輻射的主要成分：室溫時，主要是波長較長的電磁波；高溫時，主要是波長較短的電磁波。低溫物體發(fā)出的是紅外光；熾熱物體發(fā)出的是可見光；高溫物體發(fā)出的是紫外光。物體除了輻射電磁波外，還會吸收、反射外界射來的電磁波。一、熱輻射

熱輻射的輻射強度與溫度、物體種類及其表面情況有關(guān)，太復(fù)雜了！怎么去研究熱輻射的客觀規(guī)律呢？實際物體熱輻射的復(fù)雜性一、熱輻射黑體與黑體輻射黑體：如果一個物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波，而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體。不透明材料制成的帶小孔的空腔空腔上的小孔注意：（1）黑體是個理想化的模型。（2）一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。一、熱輻射黑體輻射的實驗規(guī)律熱電偶加熱器觀測口特點：隨溫度的升高①各種波長的輻射強度都在增加；②絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。二、能量子

普朗克能量子假說能量量子經(jīng)典

3.諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量；

h=6.62610─34J·s——普朗克常量二、能量子普朗克能量量子化─物理學的新紀元牛頓以來物理學最偉大的發(fā)現(xiàn)之一跨出了真正說明物質(zhì)世界量子性的第一步二、能量子普朗克能量量子化─物理學的新紀元牛頓以來物理學最偉大的發(fā)現(xiàn)之一

Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進入微觀領(lǐng)域，為量子力學的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和

h=6.62610─34J·s

三、能級原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫做能級。練習1：下列敘述正確的是（）A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波

練習2：關(guān)于對黑體的認識，下列說法正確的是（）A．黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的B．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D．如果在一個空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個空腔就成了一個黑體

練習3：紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是（）A.紅光 B.橙光C.黃光 D.綠光

一、熱輻射現(xiàn)象二、能量子三、能級1.熱輻射現(xiàn)象2.黑體與黑體輻射4.能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)

黑體輻射的實驗規(guī)律：溫度升高，輻射強度增加；輻射強度的極大值向波長較短的方向移動黑體：吸收而不反射電磁波《5.能量量子化》同步練習必備知識自我檢測一、熱輻射1.熱輻射:我們周圍的一切物體都在輻射電磁波,這種輻射與物體的溫度有關(guān),所以叫熱輻射。2.輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。當溫度升高時,熱輻射中波長較短的成分越來越強。3.除了熱輻射外,物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。4.黑體:如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,這種物體就叫作黑體。黑體雖然不反射電磁波,但是卻可以向外輻射電磁波。黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與它的溫度有關(guān)。必備知識自我檢測二、能量子1.定義:普朗克認為,振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。2.能量子大小:ε=hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h≈6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。3.能量的量子化:普朗克的假設(shè)認為,微觀粒子的能量是量子化的,或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)(分立)的。4.光子:光本身是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,h是普朗克常量,這些能量子叫光子。必備知識自我檢測三、能級1.微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng),原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級。通常情況下,原子處于能量最低的狀態(tài),這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速運動的電子的撞擊,有可能躍遷到較高的能量狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷,放出光子。2.原子由高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出光子的能量,等于前后兩個能級之差。由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。必備知識自我檢測正誤判斷。(1)紅外線的顯著作用是熱作用,溫度較低的物體不能輻射紅外線。

(

)解析:任何物體都能輻射紅外線。答案:×(2)黑體一定是黑色的。

(

)解析:黑體是能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射,不一定是黑色的物體。答案:×必備知識自我檢測(3)熱輻射只能產(chǎn)生于高溫物體。

(

)解析:一切物體都在輻射電磁波,溫度越高,熱輻射中波長較短的成分越強。答案:×(4)當原子從能量較高的能級躍遷到能量較低的能級時,會放出任意能量的光子。

(

)解析:當原子從能量較高的能級躍遷到能量較低的能級時,放出光子的能量等于前后兩個能級之差。答案:×探究一探究二探究三隨堂檢測

對黑體和黑體輻射的理解情景導(dǎo)引煤煙很接近黑體,其吸收率為99%,即投射到煤煙的輻射能量幾乎全部被吸收,把一定量的煤煙置于陽光下照射,問它的溫度是否一直在上升?要點提示:不會,因為隨著能量不斷吸收,還伴隨著能量的輻射,最終將趨于平衡。探究一探究二探究三隨堂檢測知識歸納1.黑體實際上是不存在的,只是一種理想情況。2.黑體不一定是黑的,只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的;有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射,看起來還會很明亮,如煉鋼爐口上的小孔。一些發(fā)光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也有時被看作黑體來處理。3.黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規(guī)律最為簡單,黑體輻射強度只與溫度有關(guān)。4.一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點熱輻射不一定需要高溫,任何溫度都能發(fā)生熱輻射,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。探究一探究二探究三隨堂檢測探究一探究二探究三隨堂檢測實例引導(dǎo)例1(多選)黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示,由圖可知(

)A.隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增加B.隨溫度降低,各種波長的輻射強度都增加C.隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D.隨溫度降低,輻射強度的極大值向波長較長的方向移動探究一探究二探究三隨堂檢測解析:由題圖可知,隨溫度升高,各種波長的輻射強度都增加,且輻射強度的極大值向波長較短的方向移動,當溫度降低時,上述變化都將反過來,故A、C、D對,B錯誤。答案:ACD探究一探究二探究三隨堂檢測能量子情景導(dǎo)引普朗克的能量量子化的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有什么不同?要點提示:宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的,普朗克的“能量子”觀點則認為能量是一份一份的,每一份是一個最小能量單位,即能量不是連續(xù)的。宏觀世界中我們認為能量是連續(xù)變化的是因為每一個能量子的能量都很小,宏觀變化中有大量的能量子,就可以看作是連續(xù)的。而研究微觀粒子時,單個的能量子能量就顯示出不連續(xù)性。探究一探究二探究三隨堂檢測知識歸納1.普朗克的量子化假設(shè)(1)能量子振動著的帶電微粒的能量只能是最小能量值ε的整數(shù)倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……,當帶電微粒輻射或吸收能量時,也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收,這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子公式:ε=hν,其中ν是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h≈6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。(3)能量量子化:在微觀世界中能量不能連續(xù)變化,只能取分立值,這種現(xiàn)象叫能量量子化。2.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認為:物體的運動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時必須考慮量子化。探究一探究二探究三隨堂檢測實例引導(dǎo)例2光是一種電磁波,可見光的波長的大致范圍是400~700nm,求400nm、700nm的電磁輻射的能量子的值是多少?解析:根據(jù)公式c=λν和ε=hν,答案:4.97×10-19J

2.84×10-19J探究一探究二探究三隨堂檢測能級、能級躍遷情景導(dǎo)引玻爾認為,電子只能在一些半徑取分立值的軌道上運動,如氫原子中電子運動軌道的最小半徑是0.53×10-10m,其他的軌道半徑只能是2.12×10-10m、4.77×10-10m等,軌道半徑不可能是介于這些值之間的中間值,經(jīng)典物理學的觀點是怎樣的?探究一探究二探究三隨堂檢測要點提示:根據(jù)經(jīng)典理論,隨著不斷向外輻射能量,電子的能量減少,電子繞原子核運行的軌道半徑連續(xù)地減小,于是電子將沿著螺旋線的軌道落入原子核,就像繞地球運動的人造地球衛(wèi)星受到阻力作用不斷損失能量后,要落到地面上的一樣。探究一探究二探究三隨堂檢測知識歸納1.能級:微觀世界的能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng),原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級。2.原子處于能量最低的狀態(tài)是最穩(wěn)定的。3.原子獲得能量有可能躍遷到較高的能量狀態(tài),這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的,會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷。4.原子從高能級向低能級躍遷放出的光子的能量等于前后兩個能級之差,原子從低能級躍遷到高能級吸收光子的能量也等于前后兩個能級之差。5.由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。探究一探究二探究三隨堂檢測實例引導(dǎo)例3一個