1、5.5. 能量量子化能量量子化 把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的 升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等 颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？ 1.1.知道光的能量是不连续的。知道光的能量是不连续的。 2.2.初步了解微观世界的量子化特征。初步了解微观世界的量子化特征。 1.1.了解热辐射，知道热辐射与温度之间的关系。了解热辐射，知道热辐射与温度之间的关系。 2.2.知道
2、普朗克的能量子假说。知道普朗克的能量子假说。 3.3.知道原子中的能级结构。知道原子中的能级结构。 （物理观念）（物理观念） （物理观念）（物理观念） （物理观念）（物理观念） 体会课堂探究的乐趣，体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养，汲取新知识的营养， 让我们一起让我们一起 吧！吧！ 进进 走走 课课 堂堂 19001900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学 家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: : “科学的大厦已经基本完成，后辈的物科学的大厦已经基本完成，后辈的物 理学家只要做一些零碎的修补工作就行理学家只要做一
3、些零碎的修补工作就行 了。了。” ( (开尔文开尔文) ) 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文 章中他还讲到：章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，” 这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？ 黑体辐射实验黑体辐射实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地 化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。 迈克尔逊迈克
4、尔逊- -莫雷实验莫雷实验 黑体辐射实验黑体辐射实验 迈克尔逊迈克尔逊- - 莫雷实验莫雷实验 普朗克量子力学的诞生普朗克量子力学的诞生 相对论问世相对论问世 量子力学量子力学 相对论相对论 微观领域微观领域 高速领域高速领域 经典经典 力学力学 一、热辐射一、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 以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能 引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。引起人
5、的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。 随着温度的升高，铁块从发热，再到发随着温度的升高，铁块从发热，再到发 光，铁块的颜色也不断发生变化。光，铁块的颜色也不断发生变化。 思考与讨论 一座建设中楼房还没有安装窗子，尽一座建设中楼房还没有安装窗子，尽 管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗 内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发 现什么？为什么？现什么？为什么？ 黑体黑体：如果某物体能够完全吸收入射各种波如果某物体能够完全吸收入射各种波 长的电磁波而不发生反射，这物体称为长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体黑体 近似黑
6、体近似黑体 研究黑体辐射是了解一般物体研究黑体辐射是了解一般物体 热辐射性质的基础。热辐射性质的基础。 黑体辐射黑体辐射 只与温度有关。只与温度有关。 2 2 4 4 m m 1700K 1500K 1100K 黑体辐射实验规律黑体辐射实验规律 实验结论实验结论: 1.温度温度越高越高,辐射强度辐射强度越大。越大。 2.与最大辐射强度对应的波长向与最大辐射强度对应的波长向短短 波波方向移动。方向移动。 辐射强度辐射强度 1300K =h 不可再分的最小能量值不可再分的最小能量值叫做叫做能量子能量子 3 3：能量：能量 微观微观 宏观宏观 h=6.62610-34J.s 能量只能是最小能量值能量
7、只能是最小能量值的整数倍，即：的整数倍，即：, 1 , 1 , 2, 2 , 3 , 3 , . , . n n . . n n为正整数，称为为正整数，称为 量子数量子数 1 1：能量子：能量子 2 2：量子数：量子数 连续连续 分立的，量分立的，量 子化的子化的 两种理两种理 论论: 维恩公式维恩公式: 短波适合短波适合;长波不符合长波不符合 瑞利公式瑞利公式: 长波适合长波适合;短波荒唐短波荒唐 紫外灾难紫外灾难 普朗克理论普朗克理论 : 在发射和吸收能量的时候，不是在发射和吸收能量的时候，不是 连续不断，而是分成连续不断，而是分成一份一份一份一份的。能的。能 量是量是h 的整数倍。的整数
8、倍。 最小能量为最小能量为: =h 是波的频率是波的频率 sJh 34 10626.6 实验实验 ),( 0 TM 瑞利公式瑞利公式 维恩公式维恩公式 黑体辐射理论解释黑体辐射理论解释 普朗克理论值普朗克理论值 =h 不可再分的最小能量值不可再分的最小能量值叫做叫做能量子能量子 3 3. .能量能量 微观微观 宏观宏观 h=6.62610-34J.s 能量只能是最小能量值能量只能是最小能量值的整数倍，即：的整数倍，即：, 1 , 2 , 3 , . n . n为正整为正整 数，称为数，称为量子数量子数 1.1.能量子能量子 2.2.量子数量子数 连续连续 分立的，量分立的，量 子化的子化的 二
9、、能量子二、能量子 年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量年轻的爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量 子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。也就是说，光 本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量的光的能量 子为子为 h h， h h 为普朗克常量。这些能量子后来被叫作为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子光子. . 例例1.1.下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ） A A一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波 B B一般物体辐射电
10、磁波的情况只与温度有关一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C 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 D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 ACDACD 2 2 4 4 m m 1700K 1500K 1100K 1300K 辐射强度辐射强度 例例2.黑体辐射的实验规律如图黑体辐射的实验规律如图,由图可知由图可知 ( ( ) A随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加 B随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加 C随
11、温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动随温度升高，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随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 温度越高温度越高,辐射强辐射强 度越大度越大 ACDACD 温度越高温度越高最大辐射强度最大辐射强度 对应的波长向短波方向对应的波长向短波方向 移动移动 例例3.3.氦氦氖激光器发出波长为氖激光器发出波长为633 nm633 nm的激光，当激光器的输出功率为的激光，当激光器的输出功率为1 mW1 mW 时，每秒发出的光子数为时，每秒发出的光子数为( ( ) ) A A2.22.2101015 15 B
12、 B3.23.2101015 15 C C2.22.2101014 14 D D3.23.2101014 14 B B 三、能级三、能级 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。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这些量子化的能量值叫作能级能级（energy levelenergy level）。）。 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。由原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，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于
13、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只有一些分立的亮线. . 黑体黑体 热辐射热辐射 定义：原子的能量是量子化的，定义：原子的能量是量子化的， 这些量子化能量值叫作能级这些量子化能量值叫作能级 能级跃迁能级跃迁 原子光谱：原子的光谱是一些分立的亮线原子光谱：原子的光谱是一些分立的亮线 能量子能量子 hv 德国物理学德国物理学 家普朗克最家普朗克最 早提出量子早提出量子 假说假说 物体中不停运动的带电微粒物体中不停运动的带电微粒 产生产生 只吸收不只吸收不 反射电磁反射电磁 波波 黑 体 辐 射 问 题 黑 体 辐 射 问 题 光子光子 hv
14、 爱 因 斯 坦 发 展 此 爱 因 斯 坦 发 展 此 理 论 理 论 提出提出 能级能级 1.1.（多选）（多选）下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ） A. A. 一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波 B. B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C. 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. D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 ACDACD 2.2.氦氖激光器发射波长为氦氖激光器发射波长为 632.8 nm 632.8 nm 的单色光，这种光的一个光子的能的单色光，这种光的一个光子的能 量为多少？若该激光器的发光功率为量为多少？若该激光器的发光功率为 18 mW18 mW，则每秒发射多少个光子？，则每秒发射多少个光子？ 解：解：h 8 3419 7 3 10 =6.63 103.14 10J 6.328 10 c v 2 16 19 1.810 =5.7310 3.1410 Pt n 每秒光子数量每秒光子数量 集腋成裘，聚沙成塔。几秒钟虽然不长，却能构集腋成裘，聚沙成塔。几秒钟虽然不长，却能构 成永恒长河中的伟大时代。成永恒长河中的伟大时代。
