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(共27张PPT)
第13章　电磁感应与电磁波初步
第5节　能量量子化
导入
　　据报道，河北省五一劳动奖章获得者王志刚目测钢水温度和实测温度之差只有5 ℃。看火焰的颜色深浅就能知道钢水的温度，这样令人惊奇的能力，背后有没有科学依据呢？
环节一：热辐射
　　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。
　　物体辐射的是电磁波，我们可以回想一下，电磁波产生的原因是什么呢？
电磁波是变化的电场或磁场相互激发产生的。
环节一：热辐射
　　物体内变化的电场或磁场是怎么产生的呢？
　　提示：一切物体内都存在不停运动的带电微粒，带电微粒的振动产生变化的电磁场，就会向外辐射电磁波。
　　热辐射有什么特点呢？
环节一：热辐射
　　大量实验结果表明，物体辐射的电磁波，其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
　　当我们看到铁块的颜色是明亮的黄色时，就可以判断它的温度比发暗红色的铁块的温度高。炼钢工人正是通过观察铁块的颜色来判断其温度的。
环节一：热辐射
　　人体向外辐射的电磁波不在可见光的范围内，人眼观察不到，但测温枪可以探测到，从而显示出人体的温度高低。
　　根据这个原理，我们也可以推测遥远的恒星的温度高低。思考一下，夜空中的星星有的偏红，有的偏蓝，哪种星星的温度更高一点呢？
环节一：热辐射
　　夜晚，我们能看到明亮的月球，是否可以认为月球和同样发出明亮可见光的钢水的温度差不多呢？
　　月球表面的温度很低，我们看到的明亮的月光是月球表面反射的太阳光，并不是月球自身辐射的电磁波。
环节二：黑体辐射
　　什么是黑体呢？
　　白色物体几乎反射所有波长的可见光而呈白色，黑色的物体几乎不反射可见光而呈黑色。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，这种物体就叫作黑体。
环节二：黑体辐射
　　黑体虽然不反射电磁波，但却可以向外辐射电磁波。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。
　　黑体虽然是一个模型，但在现实生活中，有很多物体，它们反射的电磁波和辐射的电磁波相比很少的话，我们就可以把它们当成是黑体。
环节二：黑体辐射
开孔的黑盒子
远处的窗口
烟煤
遥远的恒星
环节二：黑体辐射
　　烟煤反射周围的光很少，可以忽略，主要是辐射光(大部分在非可见光范围内，肉眼看不到)，所以可以视为黑体。
　　我们能看到发出红色光线的遥远恒星，一点也不黑，为什么仍然称之为黑体呢？
　　黑体并不是黑色的，是否称为黑体，主要看它是否反射周围的光，遥远的恒星周围的光可以忽略，只有辐射光，没有反射光，所以可以称之为黑体。
环节二：黑体辐射
　　开孔的黑盒子和远处的窗口也能接收到周围的光，为什么仍然称之为黑体呢？
　　开孔的黑盒子和远处的窗口虽然能接收到周围的光，但它们接收的光在各自内部经过无数次折射后，能量被吸收了，因此它们几乎都不会反射周围的光，可以称之为黑体。
环节二：黑体辐射
　　开孔的黑盒子和远处的窗口吸收的光能提高自身的温度，另外，它们也会向外辐射电磁波，吸收和辐射平衡时，它们自身的温度达到稳定。当然，吸收的能量越多，辐射的能量也越多。
　　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。
环节二：黑体辐射
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。
环节二：黑体辐射
　　1900年底，普朗克作出了这样的大胆假设：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或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为ε=hν，ν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h=6.62607015×10-34 J·s(实际计算时取h=6.63×10-34 J·s)。
环节三：能量量子化
　　能量是一份一份的，我们称为量子化。“量子化”和“连续”是对立的。
　　我们的生活中也有连续和不连续的事物变化，你能不能找到一个实例，来区别“连续”和“量子化”？
环节三：能量量子化
环节四：量子化的发展
　　爱因斯坦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，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。爱因斯坦的光子说，成功地解释了光电效应现象。
环节四：量子化的发展
氢原子光谱
环节四：量子化的发展
　　微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统。
　　当电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。
　　原子的这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。
环节四：量子化的发展
　　原子只能处于一系列不连续的能量状态中，其中原子处于能量最低的基态时最为稳定。
　　原子处在能量较高的激发态时是不稳定的。当原子处在较高能级的激发态时，会自发地向较低能级跃迁，可能经过一次或几次跃迁到达基态。
环节四：量子化的发展
　　原子从能量较高的能级(其能量记为Em)跃迁到能量较低的能级(能量记为En)时，会放出能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν=Em-En(m>n)。这个式子被称为频率条件，又称辐射条件。反之，当原子中的电子吸收光子时，会从较低的能级跃迁到较高的能级，吸收的光子的能量同样由频率条件决定。可见，原子的发射光谱(亮线)或吸收光谱只有一些分立的线状谱。
课堂练习
1.以下宏观概念，哪些是“量子化”的　　　　(　　)
A.一棵树苗生长的高度
B.从车站开出的汽车驶过的路程
C.人的个数
D.烧水时温度计的示数
C
课堂练习
2.对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的因素是　(　　)
A.温度
B.材料
C.表面状况
D.以上都正确
A
课堂练习
　　3.(多选)对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点，以下说法中正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收
B.辐射或吸收的能量是某一最小值的整数倍
C.吸收的能量可以是连续的
D.辐射或吸收的能量是量子化的
ABD
课堂练习
4.已知某种单色光的波长为λ，在真空中的光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为　　　(　　)
　　A.h　　　　　　　　B.
　　C. 　　　　　　　　D.以上均不正确
A
谢谢！

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