1、第節 5能量量子化高中物理 必修第三冊第十三章學習目標1.了解黑體輻射及其研究的歷史脈絡，感悟以實驗為基礎的科學探究方法。2.了解能量子的概念及其提出過程，領會這一科學概念的創新性突破中蘊含的偉大科學思想。3.了解宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立極大地豐富和深化了人們對于物質世界的認識。引入19世紀末，經典物理學在各個領域都取得了很大的成功力學熱學電磁學當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中，認為物理學已經發展到頭了。科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云。后來的事實證明，正是這兩朵烏云

2、發展成為一埸革命的風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。量子論相對論一、熱輻射在爐火旁邊有什么感覺？冬天會感覺到很暖和，因為爐火在輻射能量熱輻射現象：一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，故稱為熱輻射。投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？投在爐中的鐵塊隨溫度升高依次呈現不同顏色：這是熱輻射的一個特性這表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。熱輻射的兩條定性規律：1.輻射的電磁波中包含各種波長的電磁波，不同波長，輻射強度不同。在室溫下，輻射的主要成分是波長較長的電磁波在高溫情況下，輻射的主要成分是波長較短的電磁波2.溫度升高，輻射強度

3、增大，同時輻射電磁波的頻率和波長也在變化。1.熱輻射: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,所以叫熱輻射。2.輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。當溫度升高時,熱輻射中波長較短的成分越來越強。3.除了熱輻射外,物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發光物體的顏色就是反射光所致。黑體：如果一個物體在任何溫度下，都能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。一個黑體在各種溫度下，同樣也會不斷輻射出電磁波，這就是黑體輻射。在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔中會發生多次反射和吸收，最終不能從空腔射

4、出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體。德國物理學家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。1.黑體實際上是不存在的,只是一種理想情況。2.黑體不一定是黑的,只有當自身輻射的可見光非常微弱時看上去才是黑的;有些可看作黑體的物體由于有較強的輻射,看起來還會很明亮,如煉鋼爐口上的小孔。一些發光的物體(如太陽、白熾燈燈絲)也有時被看作黑體來處理。3.黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規律最為簡單,黑體輻射強度只與溫度有關。4.一般物體和黑體的熱輻射、反射、吸收的特點熱輻射不一定需要高溫,任何溫度都能發生熱輻射,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。二

5、、能量子能量子假說帶電微粒吸收和輻射能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射和吸收的。在微觀世界中能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是分立的，這種現象叫能量的量子化。1.普朗克的量子化假設(1)能量子振動著的帶電微粒的能量只能是最小能量值的整數倍。例如,可能是或2、3,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份地輻射或吸收,這個不可再分的最小能量值叫作能量子。(2)能量子公式:=h,其中是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h6.62610-34 Js(一般取h=6.6310-34 Js)。(3)能量量子化:在微觀世界中能量不能連續變化,只能取分立值,這種現象叫能量量

6、子化。2.在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為:物體的運動是連續的,能量變化是連續的,不必考慮量子化;在研究微觀粒子時必須考慮量子化。例 光是一種電磁波,可見光的波長的大致范圍是400-700 nm,求400 nm、700 nm的電磁輻射的能量子的值是多少?三、能級1.能級:微觀世界的能量取分立值的觀念也適用于原子系統,原子的能量是量子化的,這些量子化的能量值叫作能級。2.原子處于能量最低的狀態是最穩定的。3.原子獲得能量有可能躍遷到較高的能量狀態,這些狀態的原子是不穩定的,會自發地向能量較低的能級躍遷。4.原子從高能級向低能級躍遷放出的光子的能量等于前后兩個能級之差,原子從低能級躍遷到高

7、能級吸收光子的能量也等于前后兩個能級之差。5.由于原子的能級是分立的,所以放出的光子的能量也是分立的,原子的發射光譜只有一些分立的亮線。例 一個氫原子從高能級躍遷到低能級,該氫原子 ()A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量減少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量減少解析:氫原子能級越高對應的能量越大,當氫原子從較高能級向較低能級躍遷時放出光子,能量減少,B正確,A、C、D錯誤。B本課小結一、熱輻射1熱輻射：一切物體都在輻射電磁波溫度越高，熱輻射中波長較短的成分越強2黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射的物體3黑體輻射：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二

8、、能量子1普朗克的能量子假設：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整數倍，這個最小的能量值叫作能量子2能量子大小：h.是電磁波的頻率，h是普朗克常量，h6.626 070 151034 Js.3愛因斯坦的光子假設：光是由一個個不可分割的能量子組成，這些能量子叫作光子，光子的能量h.三、能級1能級：原子量子化的能量值原子從高能態向低能態躍遷時放出的光子，放出光子的能量等于兩個能級差2原子光譜的譜線是一些分立的亮線當堂檢測1.多選下列關于熱輻射和黑體輻射的說法正確的是（）A.一切物體都在輻射電磁波B.一般物體輻射電磁波的強度與溫度無關C.隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動D.黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波ACD解析：A對：一切物體都在輻射電磁波。B錯：物體輻射電磁波的強度與溫度有關。C對：黑體輻射強度的極大值隨溫度升高向波長較短的方向移動。D對：能100%吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。2.氦氖激光器發出波長為633 nm的激光，當激光器的輸出功率為1