寧夏回族自治區(qū)銀川市六盤山高級中學(xué)高中物理人教版選修3-5課件第十七章波粒二象性第1節(jié)能量量子化（共31張）

物理選修3-5第十七章

波粒二象性第1節(jié)能量量子化

物理學(xué)的發(fā)展階段時期發(fā)展階段主要研究方法及特點17世紀(jì)以前經(jīng)驗物理直覺觀察與哲學(xué)的猜想思辨17世紀(jì)初至19世紀(jì)末經(jīng)典物理觀察實驗和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)20世紀(jì)初至今現(xiàn)代物理研究對象由低速到高速、由宏觀到微觀，物理學(xué)思想產(chǎn)生重大變革1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上,著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補工作就行了?！?.....

但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，----”這兩朵烏云是指什么呢？經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。黑體輻射邁克爾遜--莫雷實驗1900年1905年量子論相對論長江后浪推前浪，浮事新人換舊人。背景知識電磁波波速、波長、頻率的關(guān)系1.在火爐旁邊有什么感覺？2.投在爐中的鐵塊開始是什么顏色？過一會有是什么顏色?（觀看視頻）思考與討論1400K1200K固體在溫度升高時顏色的變化800K1000K一切物體（溫度）電磁波定義：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電磁能一、熱輻射特點：本質(zhì)：拓展：物體表面還會吸收和反射電磁波輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同新課講授室溫波長較長的電磁波高溫波長較短的電磁波經(jīng)典理論對熱輻射現(xiàn)象的解釋：熱輻射是由大量帶電粒子的無規(guī)則熱運動引起的。物體中每個分子、原子或離子都在各自平衡位置附近以各種不同頻率作無規(guī)則的微振動，每個帶電微粒的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場，從而向外輻射各種波長的電磁波，形成連續(xù)的電磁波譜。常見的熱輻射現(xiàn)象任何物體任何溫度均存在熱輻射蠟燭、酒精燈的外焰、內(nèi)焰顏色與溫度有什么關(guān)系？淡黃溫度低明亮溫度高？思考與討論生活經(jīng)驗：

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。注意：激光日光燈發(fā)光不是熱輻射。

一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，室內(nèi)已經(jīng)粉刷為白色，如果從遠處看，把窗內(nèi)的亮度與樓房外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？想一想為什么？觀察與思考1、完全吸收；2、各種；3、黑洞？二、黑體與黑體輻射定義：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體就是絕對黑體，簡稱黑體。理解：新課講授用不透明材料制成一空心容器，壁上開一小孔，可看成絕對黑體。幾點說明：①黑體是個理想化的模型。例：開孔的空腔，遠處的窗口等可近似看作黑體。②對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。③一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)。物體溫度材料種類表面情況熱輻射黑體輻射結(jié)論：黑體輻射反映某種更具普遍意義的客觀規(guī)律。輻射的客觀規(guī)律是什么？0123456λ/μm1700K1500K1300K1100K輻射強度黑體輻射的強度與波長的關(guān)系三、黑體輻射的實驗規(guī)律1.T升高，輻射強度增加2.T升高，輻射強度極值向短波方向移動新課講授o實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線12345678新課講授黑體輻射規(guī)律的理論解釋紫外災(zāi)難1900年普朗克假設(shè)：

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。

E=ne

n=1、2、…

（e叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化）

能量子

ε=hυ

普朗克常量h=6.626×10-34J·s四、能量子：牛頓以來物理學(xué)的最偉大發(fā)現(xiàn)之一新課講授

諧振子只能以這個最小能量值為單位，一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。λ(μm)123568947普朗克實驗值普朗克的黑體輻射公式普朗克線關(guān)于連續(xù)與分立（量子化）

變化的最小份額稱為量子。量子化是微觀體系基本的運動規(guī)律之一，它與經(jīng)典力學(xué)是不相容的。

以下宏觀概念中，哪些是量子化的？A.物體的長度B.物體所受的重力C.物體的動能D.人的個數(shù)能量量子化的意義：

普朗克拋棄了經(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(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。他的墓碑上只刻著他的姓名和

普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，他對兒子說，自己的發(fā)現(xiàn)“要么是荒誕無稽的，要么也許是牛頓以來物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。”物理學(xué)后來的發(fā)展表明，普朗克把能量子引入物理學(xué)，正確地破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，成為新物理學(xué)思想的基石之一。1918年普朗克因此榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎。

科學(xué)的歷史不僅是一連串事實、規(guī)則和隨之而來的數(shù)學(xué)描述，它也是一部概念的歷史。當(dāng)我們進入一個新的領(lǐng)域時，常常需要新的概念。

——普朗克聯(lián)想根據(jù)物理課本知識，物體的所帶電量是基本電荷的整數(shù)倍，但現(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)：有的基本粒子所帶電量是基本電荷的分?jǐn)?shù)倍。普朗克提出了能量是最小能量hν的整數(shù)倍，那么該最小能量還能再分嗎？如果能分，又是按怎樣的規(guī)律分呢?問題1:既然燈向外輻射的光能是分立的、一份份的。為何我們看不到燈的亮度發(fā)生變化？問題2:既然一杯開水向外輻射的能量是分立的、一份份的。為何我們看到溫度計的示數(shù)不是一段一段的降低呢？思考與討論問題3:既然一杯開水向外輻射的能量是分立的、一份份的。為何我們看到溫度計的示數(shù)不是一段一段的降低呢？結(jié)論：1、在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認(rèn)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2、在研究微觀粒子時必需考慮能量量子化新的物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，J.Thomson發(fā)現(xiàn)了電子，此時，人們認(rèn)識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子。物理學(xué)中將這種效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現(xiàn)什么結(jié)果？【例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鞏固練習(xí)【例2】煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理?[答案]根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、綠、藍、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度。鞏固練習(xí)【例3】對應(yīng)于3.4×l0-l9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？它是什么顏色？解：根據(jù)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的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為5.85×l0-7m。鞏固練習(xí)能量量子化:物理學(xué)的新紀(jì)元1900年12月14日，普朗克在柏林宣讀了他關(guān)于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他42歲。

為我們打1900年，愛因斯坦(AlbertEinstein)從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)(ETH)畢業(yè)。5年后他受