量子概念的诞生--(共22张PPT)

1、第一节第一节 量子概念的诞生量子概念的诞生自主学习自主学习一、热辐射问题、黑体与黑体辐射一、热辐射问题、黑体与黑体辐射1热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，热辐射：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射的强度随波长如何分布都与物体的这种辐射的强度随波长如何分布都与物体的_相关，所以叫做热辐射相关，所以叫做热辐射2黑体：某物体能够黑体：某物体能够_吸收外来电磁波吸收外来电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体，简称而不发生反射，这种物体称为绝对黑体，简称黑体黑体. 3黑体辐射：黑体表面向外辐射电磁波的强黑体辐射：黑体表面向外辐射电磁波的强度按波长分布的情况与温度有关度按波长分布的情况与温度有关

2、温度温度全部全部二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的二、普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的历史意义历史意义1能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸能量子：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的_即：能的辐射或者吸收只能是一份一份即：能的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值的这个不可再分的最小能量值叫做叫做_2能量子大小：能量子大小：h，其中，其中是电磁波的频率，是电磁波的频率，h称为普朗克常量称为普朗克常量h_Js3能量子概念的引入，解决了黑体辐射问题，能量子概念的引入，解决了黑体辐射问题，向人们展示

3、了自然过程的非连续特性，标志着量向人们展示了自然过程的非连续特性，标志着量子论的诞生子论的诞生整数倍整数倍能量子能量子6.631034 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出的，距今已年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史。其间，经过爱因斯坦、玻尔、德有一百多年的历史。其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到大师的创新努力，到 20 20 世纪世纪 30 30 年代，就建立了一年代，就建立了一套完整的量子力学理论。套完整的量子力学理论。两朵两朵乌云乌云迈克耳孙迈克耳孙- -

4、莫雷实验，在寻找以太时得出莫雷实验，在寻找以太时得出了否定的结果。了否定的结果。黑体辐射实验，得到了无法用经典物理学黑体辐射实验，得到了无法用经典物理学理论作出解释的结果。理论作出解释的结果。学习活动一、热辐射学习活动一、热辐射 1.1.热辐射：热辐射： 一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，且一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，且辐射强度随波长的变化与温度有关，这种辐射称为热辐射强度随波长的变化与温度有关，这种辐射称为热辐射。辐射。 问题问题1：什么是热辐射？你能举出热辐射的实例吗？：什么是热辐射？你能举出热辐射的实例吗？ 例如：铁块温度例如：铁块温度升高，则升高，则从看不出从看不出发

5、光到发出发光到发出暗红暗红到到橙色橙色到到黄白色黄白色的光。的光。这种与温度有关这种与温度有关的的辐射称为热辐射。辐射称为热辐射。热辐射热辐射 - - 热能转化为电磁能的过程。热能转化为电磁能的过程。钢水钢水高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光。紫外光。炽热物体发出的是炽热物体发出的是可见光可见光，低温物体发出的是低温物体发出的是红外光红外光， 运动时人运动时人体各部分体各部分温度分布温度分布 头部各部分温度不同，头部各部分温度不同，它们的热辐射存在差异，它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪这种差异可通过热象仪转换成可见光图像。转换成可见光图像。红外夜视图红外夜视图2. 对热辐射的初步

6、认识对热辐射的初步认识(1) 任何物体任何温度均存在热辐射；任何物体任何温度均存在热辐射；(2) 热辐射谱是连续谱；热辐射谱是连续谱；(3) 热辐射谱与温度有关：热辐射谱与温度有关：温度温度 发射的能量发射的能量 电磁波的短波成分电磁波的短波成分 如一个如一个20W的白炽灯和一个的白炽灯和一个200W的白炽灯发出的光的白炽灯发出的光昏黄色昏黄色亮亮 刺眼刺眼 直觉直觉: : 注意：注意： 低温物体发出的是低温物体发出的是红外光红外光 热辐射与温度有关热辐射与温度有关 炽热物体发出的是炽热物体发出的是可见光可见光 激光、日光灯发光激光、日光灯发光 高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光紫外光 不

7、是热辐射不是热辐射学习活动二、黑体辐射学习活动二、黑体辐射 1.1.黑体：黑体： 物体能够全部吸收外来的电磁波物体能够全部吸收外来的电磁波而不发生反射，这种物体称为黑体。而不发生反射，这种物体称为黑体。 2.2.黑体辐射：黑体辐射： 加热黑体，黑体表面向外辐射电加热黑体，黑体表面向外辐射电磁波，就称为黑体辐射。磁波，就称为黑体辐射。 问题：什么是黑体？问题：什么是黑体？什么是黑体辐射？什么是黑体辐射？ 0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 实验结果实验结果3.3.黑体辐射规律：黑体辐射规律： 辐射强度随波长的分布曲线辐射强度随波长的分布曲线普朗克

8、假设普朗克假设：h普朗克认为：金属空腔中的电子振动可视为一维谐普朗克认为：金属空腔中的电子振动可视为一维谐振子，这些谐振子辐射电磁波，也从周围电磁场中振子，这些谐振子辐射电磁波，也从周围电磁场中吸收能量。谐振子的能量不能连续变化，只能取一吸收能量。谐振子的能量不能连续变化，只能取一系列分立的值，其最小的能量称为系列分立的值，其最小的能量称为能量子能量子，与频率，与频率成正比，即成正比，即 。), 3 ,2, 1(nnh谐振子辐射和吸收的能量只能是谐振子辐射和吸收的能量只能是的的 整数倍。整数倍。h12-1 12-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设学习活动三：量子概念的诞生学

9、习活动三：量子概念的诞生普朗克的能量子概念普朗克的能量子概念 （普朗克公式）（普朗克公式） 热辐射的电磁波能量是不连续的，只能取热辐射的电磁波能量是不连续的，只能取一些分立的值：一些分立的值：hnEn量子数：量子数：n=0,1,2,3n=0,1,2,3，普朗克常量：普朗克常量：h=6.63h=6.631010-34-34J JS S 能量子：能量子：=h=h 电磁波频率：电磁波频率： 普朗克公式的理论曲线普朗克公式的理论曲线( )MT0 *2521( )1hckThcMTe普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式 普朗克常量普朗克常量 346.626 068 96 10J sh12-1 12-1

10、黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设 普朗克认为能量是量子化的，为什么我们感普朗克认为能量是量子化的，为什么我们感觉不到宏观物体的量子化特征？觉不到宏观物体的量子化特征？提示：对于宏观物体，因为普朗克常量提示：对于宏观物体，因为普朗克常量h非常非常小，可认为趋近于零，量子化的特征显示不出小，可认为趋近于零，量子化的特征显示不出来来思考感悟思考感悟 例例1. 下面各物体下面各物体, 哪个是绝对黑体哪个是绝对黑体( (A) )不辐射可见光的物体不辐射可见光的物体( (B) )不辐射任何光线的物体不辐射任何光线的物体( (C) )不能反射可见光的物体不能反射可见光的物体( (D) )不

11、能反射任何光线的物体不能反射任何光线的物体12-1 12-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设思考思考例例2.关于对黑体的认识，下列说法正确的是关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的是黑的B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关度有关，与材料的种类及表面状况无关D如果在一

12、个空腔壁上开一个很小的孔，射入如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体解析解析：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，的，A错误。黑体辐射电磁波的强度按波长的错误。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，分布只与黑体的温度有关，B错误，错误，C正确。正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此小孔成了一个黑体，而不是空腔，成了一个黑体，而不是空腔，D错误。

13、错误。答案：答案：C点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同点评：黑体完全吸收电磁波而不反射，同时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强时其本身也辐射电磁波；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无度按波长的分布只与温度有关，与其他因素无关。关。例例3.(湛江市湛江市20142015学年高二质检学年高二质检)在实验室在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，或工厂的高温炉子上开一个小孔，小孔可看做黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象，则下列说法正确的是图象，则下列说法正确的是()AT1T2BT1T2C随着温度的升高，黑体的辐射强随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低度都有所降低D随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动向移动解析解析：一般材料的物体辐射能的多少决定于物：一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度体的温度(T)、辐射波的波长、时间的长短和发、辐射波的波长、时间的长短和发射的面积，而黑体是指在任何温度下，全部吸