1、能量量子化人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)教学目标教学目标了解黑体辐射，感悟以实验为基础的科学研究方法了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想通过观察热辐射的强度与波长的关系图象培养学生观察能力了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识教学重点教学重点能量子的概念教学难点教学难点黑体辐射的实验规律19世纪末，经典物理学在各个领域都取得了很大的成功力学热学电磁学当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中，认为物理学已经发展到头了。威廉汤姆
2、孙开尔文勋爵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了。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？黑体辐射实验迈克尔逊-莫雷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，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。量子论相对论知道科学史上的两朵乌云知道什么是热辐射知道什么是黑体黑体黑体热辐射热辐射在炉火旁边有什么感觉？冬天会感觉到很暖和，因为炉火在辐射能量热辐射现象：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，故称为热辐射。热辐射热辐射投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？投在炉中的铁块随温度升
3、高依次呈现不同颜色：这是热辐射的一个特性：这表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。800K1000K1200K1400K热辐射热辐射热辐射的两条定性规律：辐射的电磁波中包含各种波长的电磁波，不同波长，辐射强度不同。在室温下，辐射的主要成分是波长较长的电磁波在高温情况下，辐射的主要成分是波长较短的电磁波温度升高，辐射强度增大，同时辐射电磁波的频率和波长也在变化。如何定量地研究物体的热辐射规律？除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波常温下我们看到的物体颜色就是物体反射了该频率的电磁波，吸收了其他频率的电磁波。一些物体看起来很黑，其实是它吸收所有电磁波，反射的电磁波很弱
4、。那么，在研究物体的热辐射时，应如何避免反射电磁波的影响？一座建设中的楼房还没安装窗子，但室内墙已经粉刷。从远处看，将室内墙与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？发现室内墙是黑的，因为没有光反射出来或反射出来的光比较弱黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射黑体：如果一个物体在任何温度下，都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。这个小孔就可以看成一个绝对黑体。注意：黑体是个理想化的模型。德国物理学家基尔霍夫首先提出了绝对黑体的模型。黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射黑体一
5、定是黑色的吗？用一个白色的盒子，在侧面开一个小孔，同样可以看做是一个黑体。黑体不是一定必须是黑色的。黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射一个黑体在各种温度下，同样也会不断辐射出电磁波，这就是黑体辐射。那么，在研究热辐射的规律时，人们为什么特别注意对黑体辐射进行研究？实验表明：实验表明：对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种具有普通意义的客观规律。那么黑体辐射实验具有什么样的规律呢？人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT
6、)了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系黑体辐射黑体辐射黑体辐射人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律1700K1500K1300K1100K辐射强度0123456你能由图找到黑体辐射的实验规律吗？温度升高，各种波长的辐射强度都有增加；温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律怎样解释黑体辐射
7、的实验规律？按照当时物理学的认识，物体中存在着不停运动的带电微粒，每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射，形成连续的电磁波谱。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律依据热学和电磁学的知识德国物理学家维恩在1896年提出了辐射强度按波长分布的理论公式：维恩公式在短波部分与实验结果吻合维恩公式在短波部分与实验结果吻合得很好，但长波却不行。得很好，但长波却不行。实验值维恩理论值人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5
8、17.1能量量子化(共37张PPT)黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律英国物理学家瑞利在1900年也提出了辐射强度按波长分布的理论公式：紫外灾难紫外灾难实验值瑞利理论值这个荒谬的结论被认为是物理学理这个荒谬的结论被认为是物理学理论的灾难，当时称为论的灾难，当时称为“紫外灾难紫外灾难”。瑞利公式在长波部分与实验结果比较吻瑞利公式在长波部分与实验结果比较吻合。但在紫外区合。但在紫外区(波长范围在紫外线附近波长范围在紫外线附近)竟算得辐射强度为无穷大。竟算得辐射强度为无穷大。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)
9、为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克做了多种尝试，进行了激烈的思想斗争。微观世界的某些规律，在我们宏观世界看来可能非常奇怪。普朗克普朗克人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)知道经典理论研究黑体辐射的困难了解能量子的概念和计算知道普朗克常量能量子能量子人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子能量子超越牛顿的发现超越牛顿的发现能量子假说1900年，普朗克作出了这样的大胆假设：这个不可再分的最小能量值叫能量子
10、，简称量子。n为正整数，称为量子数。震动着的带电微粒的能量是某一最小能量的整数倍。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子能量子超越牛顿的发现超越牛顿的发现能量子假说带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射和吸收的。在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的，这种现象叫能量的量子化。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子能量子超越牛顿的发现超越牛顿的发现能量子假说普朗克常量经
11、典量子能量人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子能量子超越牛顿的发现超越牛顿的发现黑体辐射公式1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)普朗克公式与实验结果的比较123456789普朗克理论1700K理论与实验符合理论与实验符合得让人拍手叫绝得让人拍手叫绝实验值能量子能量子超越牛顿的发现超越牛顿的发现人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张
12、PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子能量子超越牛顿的发现超越牛顿的发现普朗克的能量子观点不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。普朗克人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子的理解能量子的理解联系生活实际说说你心中的连续性与量子化有什么区别？米缸里存放的大米，在我们人类看来，其质量是可以连续增加的，可以多装入1.3kg或减
13、少2.1kg。如果让蚂蚁来搬运这些大米，那么它们会认为存放的大米的质量是不连续的，每次只能一粒一粒地搬运，而不能一次搬运1.1粒等。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子的理解能量子的理解联系生活实际说说你心中的连续性与量子化有什么区别？放电影时，正常放映时我们看见的一个连续动作，如果把放映速度调整到很慢，就会看见原本连续的动作就不再连续，而是分立的，一帧一帧进行。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子的理解能量
14、子的理解量子化：只能取一系列分立值，不能连续变化量子化：只能取一系列分立值，不能连续变化宏观世界中：能量可以是任意值，可以连续变化。例如：物体的重力势能，弹例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。簧振子的弹性势能。微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的特定值，不能连续变化。（能量量子化）例如：物体的带电量，电子绕原子核运例如：物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。动的轨道半径。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子的理解能量子的理解在宏观尺度内研究物体的能量变化时我们可以认为：物体的运动是连续
15、的，能量变化是连续的，不必考虑量子化。因为每个能量子的能量很小，宏观物体的能量不连续变化非常不明显，可以忽略不计。在研究微观粒子时必需考虑能量量子化。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)能量子的理解能量子的理解人体表面辐射本领的最大值在波长为处，对应的是何种辐射？能量子的值为多大？解：可见光波长范围为：390nm780nm,故在红外线区域能量子人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)问题与练习问题与练习以下宏观概念中，哪些是
16、“量子化”的？A.物体的长度B.物体所受的重力C.物体的动能D.人的个数D人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)问题与练习问题与练习光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400600nm。400nm、760nm电磁辐射的能量子的值是多少？400nm电磁辐射的能量子700nm电磁辐射的能量子人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)问题与练习问题与练习在一杯开水中放入一支温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度是逐渐降低的。既然从微观的角度来看开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？开水向外辐射的每一份能量子能量很小（微观量），而水降低1C释放的能量很大（宏观量），由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计温度不是一段一段降低的。人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)人教版高中物理选修3-5 17.1能量量子化(共37张PPT)
