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13.5能量量子化
1900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:
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：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”
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
背景材料：
这两朵乌云是指什么呢？
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
这两朵乌云到底是什么回事呢？
量 子 力 学
相 对 论
微 观 领 域
高 速 领 域
经 典力 学
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、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？
思考与讨论：
1. 概念：一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物体的温度有关,所以叫做热辐射。
固体在温度升高时颜色的变化
1400 K
800 K
1000 K
1200 K
例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色。
一、热辐射
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。
如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，会怎样？
大量实验结果表明，辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
思考与讨论
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，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？
2、黑体：如果某物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为黑体。
近似黑体
研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。
黑体辐射
只与温度有关。
3.黑体辐射：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强度按波长的分布只与黑体的温度有关。
黑体辐射实验：随着温度的升高
各种波长的辐射强度都有增加；
辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
0 1 2 3 4
1700K
1500K
1300K
1100K
辐射强度
1.振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε、2ε、 3 ε……当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的。这个不可再分的能量值ε叫做能量子。
二、能量子
是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为
结论：宏观物体的能量是连续的；微观粒子的能量是量子化的。
M.Planck 德国人 1858－1947
借助于能量子的假说，普朗克得出的黑体辐射的强度按波长的分布公式，与实验符合的非常好。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。
2.光子：
光本身就是一个个不可分割的能量子，后来被叫做光子，其能量为：
爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：
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能级（energy level）。
分立轨道
1 2 3 4
E4
E3
E2
E1
定态
跃迁
E4
E3
E2
E1
三、能级
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只有一些分立的亮线。
氦原子光谱
能级差
氢原子的能级
玻尔理论对氢光谱的解释：玻尔从上述假设出发，利用经典理论和量子理论结合，计算出了氢的电子的轨道半径和对应的能量值（能级）。
氢原子能级
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
0
4
1
3
2
∞
n
E/eV
20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
核能的利用，计算机和智能手机的制造，激光技术等的应用都离不开量子力学。是量子力学引领我们迈入了现代社会，让我们享受到非富多彩的现代生活。
量子力学与现代生活
黑体：物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射。
一切物体都在辐射电磁波，辐射与物体的温度有关。辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
热辐射
ε叫能量子，简称量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。
能量子
ε=hν
h=6.626×10-34J/s。——普朗克常量
光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的这些能量子后来被叫作光子。
原子能量的量子化
能级
【练习1】（多选）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（　）
A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高
C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高
【参考答案】BC
【练习2】（2022春·湖南常德·高二汉寿县第一中学校考阶段练习）如图所示为黑体辐射的规律，由此图象得到下列结论正确的是（　　）
A．随着温度的降低，各种波长的辐射强度都增大
B．随着温度的降低，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
D．黑体热辐射的强度与波长无关
【参考答案】C
【练习3】由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长 。已知普朗克常量 ，光在真空中传播速度 ，则该激光中每个光子的能量为（　　）
A． B．
C． D．
【参考答案】A

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