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(共31张PPT)
5. 能量量子化
1.了解热辐射和黑体的概念.
2.初步了解微观世界的量子化特征，知道普朗克常量.
3.了解原子的能级结构.
新课导入
问题1：炎炎夏日，站在火炉的旁边有什么感觉？
问题2：火炉和人保持一定距离，并没有直接接触，那么这种热是怎样传到人身上的？
热传递的三种方式：①传导、②对流、③辐射
问题3：测温枪不与人体接触，是如何测出体温的呢？
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，称之为热辐射。
视频：铁块加热后的颜色
固体在温度升高时颜色的变化
1400 K
800 K
1000 K
1200 K
问题4：铁块的颜色随温度发生变化，说明了什么？
一、热辐射和黑体辐射
结论：物体的温度升高，热辐射的强度 ，辐射的电磁波的成分也发生了改变。
变强
常温下我们看到不发光的物体颜色就是物体表面反射光所致。
物体表面除了会辐射电磁波，还会 和 电磁波。
思考：1. 月亮不发光，我们为什么能看到它？
2. 夏日的时候，我们穿黑色衣服会觉得很热，选择白色的衣服会感觉很凉快。
反射
吸收
二、黑体和黑体辐射的规律
1. 黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体叫做黑体.
生活中，哪些物体可以看作是黑体？
开孔的黑盒子
远处的窗口
烟煤
在黑盒子上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终几乎不能从小口射出，远处建筑物上小小的窗口看起看来很黑就是这个道理，他们都可以近似看成一个黑体。
二、黑体
1. 黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体叫做黑体.
注：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。
一般的物体的热辐射，除了与物体的温度有关，还与材料的种类和表面的情况有关。
因为黑体不反射电磁波，因此黑体的热辐射与黑体的表面无关，只与黑体的温度有关。（更简单）
　下列叙述不正确的是( )
A.一切物体都在辐射电磁波
B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
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
D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
例1
B
以下说法中正确的是( )
A.一切物体都在进行着热辐射
B.只有高温物体才进行热辐射
C.严冬季节里物体不发生热辐射
D.以上说法都有可能
针对训练1
A
二、黑体和黑体辐射的规律
2.黑体辐射的规律：
随着温度的升高：
（1）各种波长的辐射强度都有
，
（2）辐射强度的极大值向波长
的方向移动。
增加
更短
很多科学家试图给出黑体辐射规律的理论解释，但都不能成功。
其中英国物理学家瑞利在1900年提出的，瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长很小时，辐射强度竟变成无穷大，这显然是荒谬的。
19世纪末物理学天空的其中一朵乌云——“紫外灾难”
非常成熟的热力学与非常成功的电磁场理论相结合，导出的结果居然与高精度的光学实验相背！这个结果引起了物理学家的震惊。被称为是物理学经典理论的灾难，由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而称为 “紫外灾难”。
这对于当时的物理学家来说，是挑战，也是机遇。
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进行了多种尝试和激烈的思想斗争。最后他不得不承认：微观世界的某些规律在我们宏观世界看来可能非常奇怪。如果我们要解释这个现象，只有一个出路，就是认为电磁波的能量不是连续的，而是一份一份的。
三、能量子——普朗克
普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子。
1.能量子：
其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34 J·s，
ν为电磁波的频率.
ε＝hν
区别“连续”和“量子化”
一个单摆，在摆动过程中，受到摩擦阻力的作用，能量不断减小，能量的变化是连续的。
人是不连续的，我们可以说一个班由35名学生，或30名学生，但不会由25.2个学生。
提出假说---能量子
这是供行人行走的楼梯和坡道，对于坡道高度的变化是连续的，对于楼梯，高度的变化是不连续的的，一个人可以上一个台阶，两个台阶，但是不可以上1.5个台阶停在那里。
普朗克公式与实验结果的比较
借助于量子化的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合的非常完美。
按理说，这样的结果普朗克应该高兴，但是，普朗克没有，不但没有，还非常恐慌。因为在很长的历史时期内，不仅是物理学界，就是整个科学界和哲学界都认为，一切自然过程都是连续的。
“自然界不会突变。如果要对此提出疑问，那么世界将会出现许多间隙，这就迫使我们去乞求神灵来解释自然现象了。间断性同科学格格不入。”
数学家、哲学家莱布尼兹曾经说道：
自己的发现要么是荒诞无稽的，要么也许是牛顿以来物理学最伟大的发现之一。”
正是这样的信条使普朗克害怕。他对儿子说，
现在我们知道，普朗克提出的能量量子化假设其实是一个划时代的大发现，打破了以往一切自然过程都是连续的经典定论，首次向人们揭示了自然的非连续本性。为物理学的又一次飞速发展指明了方向。
当然，一种新的思想，一种新的观念，要让人们接受，是需要时间的。最早认识到能量量子化概念的意义和正确性的是年轻的物理学家爱因斯坦。
三、能量子——普朗克
2. 爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为 ，光的能量子称为 .
hν
光子
　1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法不属于能量子假说内容的是
A.物质发射(或吸收)能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B.能量子假说中将每一份能量单位称为“能量子”
C.能量子假说中的能量子的能量ε＝hν，ν为电磁波的频率，h为普朗克常量
D.能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
例2
√
　光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400～700 nm.
400 nm、700 nm电磁波辐射的能量子的值各是多少？(结果均保留3位有效数字)
例3
答案　4.97×10－19 J　2.84×10－19 J
两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5∶4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为
A.4∶5　4∶5 B.5∶4　4∶5
C.5∶4　5∶4 D.4∶5　5∶4
针对训练2
D
经典电磁场理论的困惑
①原子的稳定性
②原子的发射光谱是线状谱
我们在初中化学中学习过，原子由原子核和核外电子组成，核外电子在绕核做高速的运动。离核越远，能量越高，离核越近，能量越低，根据经典电磁理论，高速运动的电子，不断向辐射电磁波，使得电子的能量越来越低，这个变化是连续的，也就是说，我们应该看到原子辐射的各种频率（波长）的光，即原子的光谱应该总是连续的；而实际上看到的是分立的线状谱。为了解释这个现象，1913年，丹麦物理学家玻尔提出：原子的能量是量子化的。
1.原子的能量是 的，量子化的能量值叫 .
2.原子从高能态向低能态跃迁时 光子，光子的能量等于前后两个能级 .
3.原子的能级是 的，放出的光子的能量也是分立的，原子的发射光谱只有一些 的亮线.
量子化
能级
放出
之差
分立
分立
四、能级
20世纪
量子力学
h
小结
量子化的观点逐渐被人们认可，但科学研究并没有因此而结束，科学家发现，这些成功的理论都和普朗克常数有关。这就预示着这些理论之间存在着某种紧密的内在联系。正是由于科学家们敏锐的洞察力和锲而不舍的科学精神，20世纪，量子力学诞生了。它不但可以很好的描述微观世界的运动规律，并在现代科学技术中发挥着重大的作用。
　下列说法不正确的是 ( )
A. 原子的能量是连续的，原子的能量从某一能量值变为另一能量值，可
　以连续变化
B. 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子
C. 原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，且光子的能量等于前后两个
　能级之差
D. 由于能级的存在，原子放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射
　光谱只有一些分立的亮线
例4
A
关于原子的能级跃迁，下列说法不正确的是（ ）
A. 原子从低能级跃迁到高能级要吸收光子，吸收光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B. 原子不能从低能级向高能级跃迁
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D.原子跃迁时无论是吸收光子还是放出光子，光子的能量都等于始、末两个能级的能量差的绝对值
针对训练3
B
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