第十三章

電磁感應與電磁波初步13.5能量量子化目錄二、知識講解三、小結四、練習一、上節回溯一、上節回溯1．電磁場；2．電磁波；3．電磁波譜；4．電磁波是一種真正存在的物質，且具有能量。二、知識講解——熱輻射把鐵塊投進火爐里，剛開始只是發熱并不發光。隨著溫度的升高，鐵塊會慢慢變紅，開始發光。鐵塊依次呈現暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會有這樣的變化呢？問題引入熱輻射二、知識講解——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，所以叫做熱輻射。物體在室溫時，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當溫度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。

例如，隨著溫度升高，鐵塊從發熱到發光，鐵塊的顏色也在不斷發生變化。熱輻射二、知識講解——熱輻射

大量實驗結果表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。固體在溫度升高時的顏色變化800K1000K1200K1400K黑體輻射二、知識講解——熱輻射物體表面會吸收和反射外界射來的電磁波。

如果某種物體在任何溫度下，都能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反射，這種物體就叫作絕對黑體，簡稱黑體。黑體不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波。黑體模型黑體輻射二、知識講解——熱輻射黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與它的溫度有關，因此研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質的基礎。特點：隨溫度的升高1．各種波長的輻射強度都在增加；2．輻射強度的峰值向短波方向移動。黑體輻射實驗的規律二、知識講解——能量子物理學家用經典電磁理論解釋黑體輻射實驗規律時遇到了嚴重的困難。紫外災難實驗值M0(λ

,T)λ維恩公式瑞利公式（1）維恩公式：短波符合，長波不符合；（2）瑞利公式：長波符合，短波荒唐。——紫外災難能量子二、知識講解——能量子為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克進行了多種嘗試，進行了激烈的思想斗爭，最后不得不承認：微觀世界的某些規律在我們宏觀世界看來可能非常奇怪。普朗克假設：能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε

的整數倍。ε＝hν

其中

ν

為電磁波的頻率，h

是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h＝6.62607015×10-34J·s能量子二、知識講解——能量子受到普朗克能量子假設的啟發，年輕的愛因斯坦認為電磁場本身就是不連續的。也就是說光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的。這些能量子后來被稱為光子。二、知識講解——能級微觀世界中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。

通常情況下，原子處于能量最低的狀態，這是最穩定的。氣體放電管中的原子受到高速電子的撞擊，有可能會躍遷到較高的能級狀態。這些狀態的原子是不穩定的，會自發的向較低的能級躍遷，放出光子。

原子的能級是分立的，所以釋放的光子的能量也是分立的。因此原子的發射光譜也是分立的亮線。能級量子力學二、知識講解——能級

19世紀末和20世紀初，物理學研究深入到微觀世界，發現了電子、質子、中子等微觀粒子，它們的運動規律大多不能用經典力學來解釋。20世紀20年代，量子力學建立了，它在現代科學技術中發揮了重要作用。激光技術光纖通信科學漫步二、知識講解——能級“聆聽”宇宙中國天眼三、小結1．熱輻射；2．黑體；3．能量子：ε＝hν

；

4．能級。

1．對應于7.4×10-19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？四、練習

2．氦氖激光器發射波長為632.8nm的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發光功率為18mW，則每秒發射多少個光子？四、練習

3．晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍。對于“紅星”和“