《第13章 5.能量量子化》课件、同步练习、导学案

第五节能量量子化第十三章电磁感应与电磁波初步一、热辐射1.概念：我们周围的一切物体，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，所以叫做热辐射。固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K

例如：铁块温度

从看不出发光到暗红到橘红到黄白色。一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯昏黄色接近白色一、热辐射1.概念：我们周围的一切物体，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，所以叫做热辐射。2.特征：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度升高，电磁波的短波成分增加。注意：激光、日光灯发光不是热辐射。3.热辐射的主要成分：室温时，主要是波长较长的电磁波；高温时，主要是波长较短的电磁波。低温物体发出的是红外光；炽热物体发出的是可见光；高温物体发出的是紫外光。物体除了辐射电磁波外，还会吸收、反射外界射来的电磁波。一、热辐射

热辐射的辐射强度与温度、物体种类及其表面情况有关，太复杂了！怎么去研究热辐射的客观规律呢？实际物体热辐射的复杂性一、热辐射黑体与黑体辐射黑体：如果一个物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。不透明材料制成的带小孔的空腔空腔上的小孔注意：（1）黑体是个理想化的模型。（2）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。一、热辐射黑体辐射的实验规律热电偶加热器观测口特点：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在增加；②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动。二、能量子

普朗克能量子假说能量量子经典

3.谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；

h=6.62610─34J·s——普朗克常量二、能量子普朗克能量量子化─物理学的新纪元牛顿以来物理学最伟大的发现之一跨出了真正说明物质世界量子性的第一步二、能量子普朗克能量量子化─物理学的新纪元牛顿以来物理学最伟大的发现之一

Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年他荣获诺贝尔物理学奖。死后他的墓碑上只刻着他的姓名和

h=6.62610─34J·s

三、能级原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫做能级。练习1：下列叙述正确的是（）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

练习2：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，看上去是黑的B．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C．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D．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，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体

练习3：红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是（）A.红光 B.橙光C.黄光 D.绿光

一、热辐射现象二、能量子三、能级1.热辐射现象2.黑体与黑体辐射4.能量子：超越牛顿的发现

黑体辐射的实验规律：温度升高，辐射强度增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动黑体：吸收而不反射电磁波《5.能量量子化》同步练习必备知识自我检测一、热辐射1.热辐射:我们周围的一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫热辐射。2.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当温度升高时,热辐射中波长较短的成分越来越强。3.除了热辐射外,物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。4.黑体:如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就叫作黑体。黑体虽然不反射电磁波,但是却可以向外辐射电磁波。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。必备知识自我检测二、能量子1.定义:普朗克认为,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。例如,可能是ε或2ε、3ε……这个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是电磁波的频率,h称为普朗克常量。h≈6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。3.能量的量子化:普朗克的假设认为,微观粒子的能量是量子化的,或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。4.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,h是普朗克常量,这些能量子叫光子。必备知识自我检测三、能级1.微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统,原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。通常情况下,原子处于能量最低的状态,这是最稳定的。气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁到较高的能量状态。这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁,放出光子。2.原子由高能态向低能态跃迁时放出光子的能量,等于前后两个能级之差。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,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。必备知识自我检测正误判断。(1)红外线的显著作用是热作用,温度较低的物体不能辐射红外线。

(

)解析:任何物体都能辐射红外线。答案:×(2)黑体一定是黑色的。

(

)解析:黑体是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,不一定是黑色的物体。答案:×必备知识自我检测(3)热辐射只能产生于高温物体。

(

)解析:一切物体都在辐射电磁波,温度越高,热辐射中波长较短的成分越强。答案:×(4)当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,会放出任意能量的光子。

(

)解析:当原子从能量较高的能级跃迁到能量较低的能级时,放出光子的能量等于前后两个能级之差。答案:×探究一探究二探究三随堂检测

对黑体和黑体辐射的理解情景导引煤烟很接近黑体,其吸收率为99%,即投射到煤烟的辐射能量几乎全部被吸收,把一定量的煤烟置于阳光下照射,问它的温度是否一直在上升?要点提示:不会,因为随着能量不断吸收,还伴随着能量的辐射,最终将趋于平衡。探究一探究二探究三随堂检测知识归纳1.黑体实际上是不存在的,只是一种理想情况。2.黑体不一定是黑的,只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的;有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射,看起来还会很明亮,如炼钢炉口上的小孔。一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也有时被看作黑体来处理。3.黑体同其他物体一样也在辐射电磁波,黑体的辐射规律最为简单,黑体辐射强度只与温度有关。4.一般物体和黑体的热辐射、反射、吸收的特点热辐射不一定需要高温,任何温度都能发生热辐射,只是温度低时辐射弱,温度高时辐射强。在一定温度下,不同物体所辐射的光谱的成分有显著不同。探究一探究二探究三随堂检测探究一探究二探究三随堂检测实例引导例1(多选)黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知(

)A.随温度升高,各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低,各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动探究一探究二探究三随堂检测解析:由题图可知,随温度升高,各种波长的辐射强度都增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,当温度降低时,上述变化都将反过来,故A、C、D对,B错误。答案:ACD探究一探究二探究三随堂检测能量子情景导引普朗克的能量量子化的观点与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?要点提示:宏观世界中我们认为能量是连续变化的,普朗克的“能量子”观点则认为能量是一份一份的,每一份是一个最小能量单位,即能量不是连续的。宏观世界中我们认为能量是连续变化的是因为每一个能量子的能量都很小,宏观变化中有大量的能量子,就可以看作是连续的。而研究微观粒子时,单个的能量子能量就显示出不连续性。探究一探究二探究三随堂检测知识归纳1.普朗克的量子化假设(1)能量子振动着的带电微粒的能量只能是最小能量值ε的整数倍。例如,可能是ε或2ε、3ε……,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收,这个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是电磁波的频率,h称为普朗克常量。h≈6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。(3)能量量子化:在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫能量量子化。2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为:物体的运动是连续的,能量变化是连续的,不必考虑量子化;在研究微观粒子时必须考虑量子化。探究一探究二探究三随堂检测实例引导例2光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400~700nm,求400nm、700nm的电磁辐射的能量子的值是多少?解析:根据公式c=λν和ε=hν,答案:4.97×10-19J

2.84×10-19J探究一探究二探究三随堂检测能级、能级跃迁情景导引玻尔认为,电子只能在一些半径取分立值的轨道上运动,如氢原子中电子运动轨道的最小半径是0.53×10-10m,其他的轨道半径只能是2.12×10-10m、4.77×10-10m等,轨道半径不可能是介于这些值之间的中间值,经典物理学的观点是怎样的?探究一探究二探究三随堂检测要点提示:根据经典理论,随着不断向外辐射能量,电子的能量减少,电子绕原子核运行的轨道半径连续地减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核,就像绕地球运动的人造地球卫星受到阻力作用不断损失能量后,要落到地面上的一样。探究一探究二探究三随堂检测知识归纳1.能级:微观世界的能量取分立值的观念也适用于原子系统,原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作能级。2.原子处于能量最低的状态是最稳定的。3.原子获得能量有可能跃迁到较高的能量状态,这些状态的原子是不稳定的,会自发地向能量较低的能级跃迁。4.原子从高能级向低能级跃迁放出的光子的能量等于前后两个能级之差,原子从低能级跃迁到高能级吸收光子的能量也等于前后两个能级之差。5.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。探究一探究二探究三随堂检测实例引导例3一个