高中物理 第1節(jié) 能量量子化課件 新人教版選修35

第十七章波粒二象性第十七章波粒二象性第第1 1節(jié)能量量子化節(jié)能量量子化 欄目鏈接欄目鏈接普朗克的量子說普朗克的量子說量子論的觀點最初是在研究熱輻射的規(guī)律時產(chǎn)生的量子論的觀點最初是在研究熱輻射的規(guī)律時產(chǎn)生的我們周圍的物體都在不斷地輻射電磁波，這是由分子我們周圍的物體都在不斷地輻射電磁波，這是由分子和原子的熱運動引起的，所以叫作熱輻射物體在室溫時和原子的熱運動引起的，所以叫作熱輻射物體在室溫時熱輻射電磁波的波長比較長，不能引起我們的覺察，但是熱輻射電磁波的波長比較長，不能引起我們的覺察，但是如果溫度在如果溫度在500 以上，它就能輻射可見光了，鐵塊燒熱會以上，它就能輻射可見光了，鐵塊燒熱會變紅，就是這個道理變紅，就是這個道理除了熱輻射之外，物體表面還會反射外界射來的電磁除了熱輻射之外，物體表面還會反射外界射來的電磁波，有的物體的反射能力比較小，在光線照射下看起來比波，有的物體的反射能力比較小，在光線照射下看起來比 欄目鏈接欄目鏈接別的物體黑一些假設(shè)有這樣一類物體，它們完全不能別的物體黑一些假設(shè)有這樣一類物體，它們完全不能反射電磁波，我們就稱之為絕對黑體，簡稱黑體反射電磁波，我們就稱之為絕對黑體，簡稱黑體 絕對黑體熱輻射的規(guī)律比較簡單，在絕對黑體熱輻射的規(guī)律比較簡單，在19世紀末許世紀末許多人做了大量研究，黑體輻射的波長并不是單一的，它多人做了大量研究，黑體輻射的波長并不是單一的，它同時輻射各種波長的電磁波，不同波長的輻射波，它們同時輻射各種波長的電磁波，不同波長的輻射波，它們的強度也不一樣，課本中的圖畫出了四種溫度下絕對黑的強度也不一樣，課本中的圖畫出了四種溫度下絕對黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系，可以看出，隨著溫度的體熱輻射的強度與波長的關(guān)系，可以看出，隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加；另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，或者可面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，或者可以粗略以粗略 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接地說：地說：“溫度越高，輻射電磁波的波長越短溫度越高，輻射電磁波的波長越短”，燒紅的鐵，燒紅的鐵塊如果繼續(xù)升溫，就會達到塊如果繼續(xù)升溫，就會達到“白白”熱，這是因為溫度升高熱，這是因為溫度升高后，在它輻射的光中，波長較短，如藍光、紫光所占的比后，在它輻射的光中，波長較短，如藍光、紫光所占的比例就會增加，更接近日光中各種色光的比例，因此看起來例就會增加，更接近日光中各種色光的比例，因此看起來幾乎是白色的幾乎是白色的 怎樣解釋這些實驗現(xiàn)象呢？物體是由不停運動的帶電微怎樣解釋這些實驗現(xiàn)象呢？物體是由不停運動的帶電微粒組成的，按照經(jīng)典的電磁理論，帶電微粒的振動相當于粒組成的，按照經(jīng)典的電磁理論，帶電微粒的振動相當于交變電流，所以這些分子、原子就是一個個小天線，它們交變電流，所以這些分子、原子就是一個個小天線，它們具有各種能量，可以向外輻射或接收電磁波但是基于這具有各種能量，可以向外輻射或接收電磁波但是基于這種認識的一系列研究結(jié)果都和實驗規(guī)律不一致種認識的一系列研究結(jié)果都和實驗規(guī)律不一致 1900年，德國物理學(xué)家普朗克做出了一個大膽的年，德國物理學(xué)家普朗克做出了一個大膽的假設(shè)，解決了熱輻射問題，同時也改變了人們對微觀世假設(shè)，解決了熱輻射問題，同時也改變了人們對微觀世界的認識界的認識 普朗克認為，粒子的能量只能是某一最小能量值普朗克認為，粒子的能量只能是某一最小能量值E的整數(shù)倍例如，可能是的整數(shù)倍例如，可能是E或或2E、3E當帶電微粒輻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的這個不可再分的最小能量值份地輻射或吸收的這個不可再分的最小能量值E叫作叫作能量子在微觀世界中，能量不能連續(xù)變化，只能取分能量子在微觀世界中，能量不能連續(xù)變化，只能取分立值的現(xiàn)象，叫作能量的量子化立值的現(xiàn)象，叫作能量的量子化 欄目鏈接欄目鏈接 根據(jù)普朗克的能量子假設(shè)推算出的黑體輻射規(guī)律根據(jù)普朗克的能量子假設(shè)推算出的黑體輻射規(guī)律和觀測事實符合得很好，但是能量量子化的觀點違背日和觀測事實符合得很好，但是能量量子化的觀點違背日常生活經(jīng)驗，當時沒有被人接受，即使普朗克本人也躊常生活經(jīng)驗，當時沒有被人接受，即使普朗克本人也躊躇不決后來，愛因斯坦勇敢地接受了量子化的觀點，躇不決后來，愛因斯坦勇敢地接受了量子化的觀點，成功地解釋了光電效應(yīng)，才使量子論走上了進一步發(fā)展成功地解釋了光電效應(yīng)，才使量子論走上了進一步發(fā)展的道路的道路 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射(1)熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射_，這種輻射與物體的這種輻射與物體的_有關(guān)，所以叫作熱輻射物有關(guān)，所以叫作熱輻射物體的溫度升高，熱輻射中體的溫度升高，熱輻射中_的成分越來越強的成分越來越強(2)黑體：如果某種物體能夠黑體：如果某種物體能夠_入射的各入射的各種波長的電磁波而種波長的電磁波而_，這種物體就是絕對，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體黑體，簡稱黑體 欄目鏈接欄目鏈接電磁波電磁波溫度溫度較短波長較短波長完全吸收完全吸收不發(fā)生反射不發(fā)生反射 (3)黑體輻射：一般物體輻射電磁波的情況除與黑體輻射：一般物體輻射電磁波的情況除與_有關(guān)外，還與有關(guān)外，還與_及及_有有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強度按關(guān)，而黑體輻射電磁波的強度按_的分布只與黑的分布只與黑體的體的_有關(guān)有關(guān)2黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射的實驗規(guī)律(黑體輻射的強度與波長的黑體輻射的強度與波長的關(guān)系關(guān)系)黑體輻射實驗中，隨著溫度的升高，一方面，各種黑體輻射實驗中，隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度波長的輻射強度_；另一方面，輻射強度的；另一方面，輻射強度的極大值向極大值向_的方向移動的方向移動 欄目鏈接欄目鏈接溫度溫度材料的種類材料的種類表面狀況表面狀況波長波長溫度溫度都有增加都有增加波長較短波長較短 3能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)(1)能量量子化：宏觀物體的能量是能量量子化：宏觀物體的能量是_；而普；而普朗克認為微觀粒子的能量是朗克認為微觀粒子的能量是_的，或說微觀粒子的，或說微觀粒子的能量是的能量是_的，即帶電微粒的能量只能是某一最的，即帶電微粒的能量只能是某一最小能量值小能量值的的_倍倍(2)能量子：不可再分的最小能量值能量子：不可再分的最小能量值叫作能量子，叫作能量子，且且_.式中的式中的是是_，h叫作普朗克叫作普朗克常量，其值為常量，其值為h_. 欄目鏈接欄目鏈接連續(xù)的連續(xù)的量子化量子化分立分立整數(shù)整數(shù)h電磁波的頻率電磁波的頻率6.6261034 Js 欄目鏈接欄目鏈接1 黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射 欄目鏈接欄目鏈接1熱輻射熱輻射(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這定義：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)，所以叫熱輻射種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同度而有所不同 欄目鏈接欄目鏈接 2黑體黑體(1)定義：在熱輻射的同時，物體表面還會吸收和反射外定義：在熱輻射的同時，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波如果一些物體能夠完全吸收投射到其表界射來的電磁波如果一些物體能夠完全吸收投射到其表面的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對面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，簡稱黑體黑體，簡稱黑體(2)黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布黑體輻射特點：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布與黑體的溫度有關(guān)與黑體的溫度有關(guān)注：注：一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)及表面狀況有關(guān) 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1能量子能量子(1)能量子的定義能量子的定義振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整的整數(shù)倍例如，可能是數(shù)倍例如，可能是或或2、3當帶電微粒輻射或吸收能當帶電微粒輻射或吸收能量時，也就是以這個最小能量為單位一份一份地輻射或吸收量時，也就是以這個最小能量為單位一份一份地輻射或吸收時這個不可再分的最小能量值時這個不可再分的最小能量值叫作能量子叫作能量子(2)能量子公式能量子公式 欄目鏈接欄目鏈接2 能量量子化能量量子化超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 欄目鏈接欄目鏈接h 是電磁波的頻率，是電磁波的頻率，h是一個常量，后被稱為普朗是一個常量，后被稱為普朗克常量克常量(Planck constant)，其值為，其值為h6.6261034 Js (3)能量的量子化能量的量子化 在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，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)象叫作能量的量子化這種現(xiàn)象叫作能量的量子化 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 3普朗克的量子化假設(shè)的意義普朗克的量子化假設(shè)的意義 普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性有了全新的認識，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響普朗克常量的影響普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 欄目鏈接欄目鏈接例例氦氦氖激光器發(fā)出波長為氖激光器發(fā)出波長為633 nm的激光，當激光的激光，當激光器的輸出功率為器的輸出功率為1 mW時，每秒發(fā)出的光子數(shù)為時，每秒發(fā)出的光子數(shù)為()A2.21015 個個B3.21015 個個C2.21014 個個 D3.21014 個個變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接