高中物理 17_1 能量量子化課件 新人教版選修3-5

1 能 量 量 子 化 1. 知 道 微 觀 粒 子 的 能 量 是 不 連 續(xù) 變 化 的 。2. 知 道 能 量 量 子 化 是 研 究 微 觀 世 界 的 基 本 觀 點(diǎn) 。3. 知 道 能 量 子 的 概 念 。4. 會(huì) 用 =hv和 公 式 進(jìn) 行 計(jì) 算 。 cv 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 首 先 介 紹 能 量 量 子 化 發(fā) 現(xiàn) 的 背 景 ， 并 利 用 鐵 塊 加 熱 的 例 子 ， 讓 學(xué) 生觀 察 現(xiàn) 象 ， 引 出 新 課 熱 輻 射 的 概 念 和 熱 輻 射 的 現(xiàn) 象 ， 然 后 讓 學(xué) 生 閱 讀 教材 ， 并 引 出 黑 體 的 概 念 ， 同 時(shí) 展 示 黑 體 模 型 ， 并 引 導(dǎo) 學(xué) 生 閱 讀 教 材 “ 黑體 輻 射 的 實(shí) 驗(yàn) 規(guī) 律 ” ， 通 過(guò) 課 件 展 示 講 解 黑 體 輻 射 的 實(shí) 驗(yàn) 規(guī) 律 。 又 通 過(guò)“ 紫 外 災(zāi) 難 ” 無(wú) 法 用 已 有 理 論 解 釋 黑 體 輻 射 的 規(guī) 律 ， 而 引 出 能 量 子 的 概念 ， 通 過(guò) 課 件 展 示 普 朗 克 的 能 量 子 假 說(shuō) 和 黑 體 輻 射 公 式 。 本 節(jié) 知 識(shí) 對(duì) 學(xué) 生 來(lái) 說(shuō) ， 相 關(guān) 經(jīng) 驗(yàn) 較 少 ， 理 解 起 來(lái) 有 一 定 困 難 。 比 如黑 體 輻 射 規(guī) 律 、 研 究 黑 體 和 理 想 黑 體 模 型 作 用 、 “ 紫 外 災(zāi) 難 ” 、 “ 量 子化 ” 和 “ 連 續(xù) 性 ” 等 問(wèn) 題 都 是 學(xué) 生 先 前 沒(méi) 有 接 觸 過(guò) 的 。 因 此 在 學(xué) 生 預(yù) 習(xí)閱 讀 的 基 礎(chǔ) 上 以 教 師 的 生 動(dòng) 講 解 為 主 ， 在 講 解 過(guò) 程 中 利 用 多 媒 體 投 影 ，以 生 活 中 的 實(shí) 物 粒 子 展 現(xiàn) “ 連 續(xù) 性 ” 和 “ 量 子 化 ” 的 概 念 ， 同 時(shí) 教 師 要放 開(kāi) ， 讓 學(xué) 生 自 己 總 結(jié) 所 學(xué) 內(nèi) 容 ， 允 許 內(nèi) 容 的 順 序 不 同 ， 從 而 構(gòu) 建 他 們自 己 的 知 識(shí) 框 架 ， 親 自 實(shí) 踐 參 與 知 識(shí) 的 發(fā) 現(xiàn) 過(guò) 程 是 培 養(yǎng) 學(xué) 生 能 力 的 關(guān) 鍵 。設(shè) 計(jì) 思 路 19 世 紀(jì) 末 ， 牛 頓 定 律 在 各 個(gè) 領(lǐng) 域 里 都 取 得 了 很 大 的 成功 ： 在 機(jī) 械 運(yùn) 動(dòng) 方 面 不 用 說(shuō) ， 在 分 子 物 理 方 面 ， 成 功 地 解釋 了 溫 度 、 壓 強(qiáng) 、 氣 體 的 內(nèi) 能 。 在 電 磁 學(xué) 方 面 ， 建 立 了 一 個(gè) 能 推 斷 一 切 電 磁 現(xiàn) 象 的。 另 外 還 找 到 了 力 、 電 、 光 、 聲 等 都 遵 循 的 規(guī) 律 。 當(dāng) 時(shí) 許 多 物 理 學(xué) 家 都 沉 醉 于 這 些 成 績(jī) 和 勝 利 之 中 。 他們 認(rèn) 為 物 理 學(xué) 已 經(jīng) 發(fā) 展 到 盡 頭 了 。知識(shí)鏈接 1900年 ， 在 英 國(guó) 皇 家 學(xué) 會(huì) 的 新 年 慶 祝 會(huì) 上 ， 物 理 學(xué) 家開(kāi) 爾 文 勛 爵 作 了 展 望 新 世 紀(jì) 的 發(fā) 言 : 但開(kāi)爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：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(bǔ) 工作 就 行 了 這兩朵烏云是指什么呢？ 后來(lái)的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一場(chǎng)革命性的風(fēng)暴，烏云落地化為一場(chǎng)春雨，澆灌著兩朵鮮花。 在 火 爐 旁 邊 有 什 么 感 覺(jué) ？投 在 爐 中 的 鐵 塊 開(kāi) 始 是 什 么 顏 色 ？ 過(guò) 一 會(huì) 又 是 什 么 顏 色 ？新 課 導(dǎo) 入 1. 概 念 ：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。 例如：鐵塊 溫度 從看不出發(fā)光到暗紅經(jīng)橘紅直到黃白色新 課 講 授 2. 熱 輻 射 的 原 因 ： 物 體 中 每 個(gè) 分 子 、 原 子 或 離 子 都 在 各自 平 衡 位 置 附 近 以 各 種 不 同 頻 率 做 無(wú) 規(guī) 則 的 微 振 動(dòng) ， 每個(gè) 帶 電 微 粒 的 振 動(dòng) 都 會(huì) 產(chǎn) 生 變 化 的 電 磁 場(chǎng) ， 從 而 向 外 輻射 各 種 波 長(zhǎng) 的 電 磁 波 ， 形 成 連 續(xù) 的 電 磁 波 譜 。 3. 特 點(diǎn) ： 輻 射 強(qiáng) 度 及 波 長(zhǎng) 成 分 的 分 布 隨 溫 度 變 化 ； 隨 著溫 度 的 升 高 ， 電 磁 波 的 短 波 成 分 增 加 。注意： 激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射直覺(jué): 低溫物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光 高溫物體發(fā)出的是紫外光4. 熱 輻 射 的 主 要 成 分 ： 室 溫 時(shí) ， 主 要 成 分 是 波 長(zhǎng) 較 長(zhǎng) 的 電磁 波 ； 當(dāng) 溫 度 升 高 時(shí) ， 波 長(zhǎng) 較 短 的 電 磁 波 成 分 越 來(lái) 越 強(qiáng) 。 5. 熱 平 衡 狀 態(tài) ： 物 體 的 溫 度 恒 定 時(shí) ， 物 體 所 吸 收 的 能 量等 于 在 同 一 時(shí) 間 內(nèi) 輻 射 的 能 量 ， 這 時(shí) 得 到 的 輻 射 稱 為 平衡 熱 輻 射 。向 外 發(fā) 射 的 電 磁 波 能 量 = 從 外 界 吸 收 的 能 量 從遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)的窗子近似黑色？想一想 物體表面能夠吸收和反射外界射來(lái)的電磁波。如果某種物體能夠在任何溫度下，對(duì)入射的任何波長(zhǎng)的電磁波都完全吸收，而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。 1. 黑 體 是 個(gè) 理 想 化 的 模 型 。 例 ： 開(kāi) 孔 的 空 腔 ， 遠(yuǎn) 處 的 窗 口 等 可 近 似 看 作 黑 體 。 2. 對(duì) 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 的 種 類 及 表 面 狀 況 有 關(guān) ， 但 黑 體 輻 射 電 磁 波 的 強(qiáng) 度 按 波 長(zhǎng) 的 分 布 只 與 黑 體 的 溫 度 有 關(guān) ， 因 而 反 映 了 某 種 具 有 普 遍 意 義 的 客 觀 規(guī) 律 。請(qǐng)注意 1. 測(cè)量黑體輻射的實(shí)驗(yàn)原理圖 加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ) 單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度。（了解）特 點(diǎn) ： 隨 溫 度 的 升 高 各 種 波 長(zhǎng) 的 輻 射 強(qiáng) 度 都 在增 加 ； 絕 對(duì) 黑 體 的 溫 度 升 高 時(shí) ，輻 射 強(qiáng) 度 的 最 大 值 向 短波 方 向 移 動(dòng) 。2. 輻射強(qiáng)度 解釋實(shí)驗(yàn)曲線 一朵令人不安的烏云1) 維 恩 的 半 經(jīng) 驗(yàn) 公 式 ：短 波 符 合 ， 長(zhǎng) 波 不 符 合2) 瑞 利 金 斯 公 式 ：長(zhǎng) 波 符 合 ， 短 波 荒 唐 紫 外 災(zāi) 難 M ,T 1. 輻 射 物 體 中 包 含 大 量 振 動(dòng) 著 的 帶 電 微 粒 ， 它 們 的 能 量 是 某 一 最 小 能 量 的 整 數(shù) 倍 ：2. 叫 能 量 子 ， 簡(jiǎn) 稱 量 子 ， n 為 量 子 數(shù) ， 它 只 取 正 整 數(shù) 能 量 量 子 化 ； 3. 諧 振 子 只 能 一 份 一 份 按 不 連 續(xù) 方 式 輻 射 或 吸 收 能 量 ；4. 對(duì) 于 頻 率 為 的 諧 振 子 ， 最 小 能 量 為 ： h = 6.62610 34 Js 普朗克常量 1900 年 10 月19 日，普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式h = 6.62610 34 Js 322( ) 1h kThM T c e M ,T h = 6.62610 34 Js 322( ) 1h kThM T c e 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(diǎn) ， 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(jìn) 行 的 新觀 點(diǎn) 。 這 不 僅 成 功 地 解 決 了 熱 輻 射 中 的 難 題 ， 而 且 開(kāi) 創(chuàng) 物 理學(xué) 研 究 新 局 面 ， 標(biāo) 志 著 人 類 對(duì) 自 然 規(guī) 律 的 認(rèn) 識(shí) 已 經(jīng) 從 宏 觀 領(lǐng)域 進(jìn) 入 到 微 觀 領(lǐng) 域 ， 為 量 子 力 學(xué) 的 誕 生 奠 定 了 基 礎(chǔ) 。 1918年他 榮 獲 諾 貝 爾 物 理 學(xué) 獎(jiǎng) 。科學(xué)視野 既 然 燈 向 外 輻 射 的 光 能 是 分 立 的 ， 一 份 一 份 的 。 為 何 我 們 看 不 到 燈 的 亮 度 發(fā) 生 變 化 ？1. 在 宏 觀 尺 度 內(nèi) 研 究 物 體 的 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 我 們 可 以 認(rèn) 為 ： 物 體 的運(yùn) 動(dòng) 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(shí) 必 需 考 慮 能 量 量 子 化 。？想一想 1. 熱 輻 射 現(xiàn) 象 2. 黑 體 與 黑 體 輻 射 黑 體 ： 吸 收 而 不 反 射 電 磁 波3. 黑 體 輻 射 的 實(shí) 驗(yàn) 規(guī) 律 溫 度 升 高 ， 輻 射 強(qiáng) 度 增 加 ， 強(qiáng) 度 的 極 大 值 向 波 長(zhǎng) 較 短 的 方 向 移 動(dòng)4. 能 量 子 ： 超 越 牛 頓 的 發(fā) 現(xiàn)5. 普 朗 克 能 量 子 理 論 成 功 解 釋 黑 體 輻 射課 堂 總 結(jié) 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(qiáng)度按波長(zhǎng)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(zhǎng)的電磁波ACD課 堂 測(cè) 試A+ 2. 煉鋼工人通過(guò)觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理? 根 據(jù) 熱 輻 射 的 規(guī) 律 可 知 ， 當(dāng) 物 體 的 溫 度 升 高 時(shí) ， 熱 輻射 中 較 短 波 長(zhǎng) 的 成 分 越 來(lái) 越 強(qiáng) ， 可 見(jiàn) 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(lán) 、 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(jì) 爐 內(nèi) 的 溫 度 。 3. 對(duì)應(yīng)于3.4l0 19 J 的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少？解：根據(jù)公式 = h 和 = 得 ch = = 5.131014 H zcv = = 5.8510 7 m。