资源简介

(共32张PPT)
13.5 能量量子化
◆情境1：自动测温门
思考：为什么测温仪不接触人体就能测温？
◆情境2：无人机红外热成像救援
思考：无人机靠采集什么搜救人员？
◆情境3：红外遥感技术
思考：为什么卫星上的仪器远离地表也能发现森林火灾？
思考：为什么物体会辐射红外线？
自动测温门
无人机红外热成像救援
红外遥感技术
任务一：探究物体辐射电磁波的原因
微观层面：
带电微粒→振动→产生变化的电磁场→产生电磁辐射
问题1：物体中哪部分带电或有磁性？
任务一：探究物体辐射电磁波的原因
温度
问题2：物体中微观粒子的运动快慢与什么因素有关？
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。
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
问题1：铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
暗红色
赤红色
橘红色
黄白色
铁从发热到发光的颜色变化
问题2：温度不同，为何钢铁的颜色不同？
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
问题3：常温下，铁块主要辐射红外线，红外线不在视觉范围内，那为什么我们还能看见常温下铁块的颜色？
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
问题3：常温下，铁块主要辐射红外线，红外线不在视觉范围内，那为什么我们还能看见常温下铁块的颜色？
铁块发出的热辐射
吸收和反射环境中的电磁波
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
窗内亮度与楼外墙亮度对比
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
窗内亮度与楼外墙亮度对比
罐子敞开
罐子盖子上开一个孔
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
窗内亮度与楼外墙亮度对比
空腔壁上开一个很小的孔
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的物体
理想化模型
黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波
只与温度有关
罐子盖子上开一个孔
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
黑体：只会辐射电磁波，不反射所有波长的电磁波。
1. 黑体与黑色的物体有什么区别？
黑色物体：几乎不反射可见光而呈黑色；
不一定。
原因：当达到一定温度后，黑体可以发出可见光。
2. 黑体一定是黑色的吗？
思考与拓展：
任务二：寻找物体辐射电磁波的规律
1700K
1500K
1300K
1100K
问题4：从黑体辐射的实验中得到什么规律？
随温度升高
①各种波长的辐射强度都在增加
②辐射强度的最大值向短波方向移动。
0
黑体辐射的实验规律
辐射强度
波长
经典时代的物理探索
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
英国著物理学家威廉·汤姆生
“物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。”
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
·
·
·
·
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
维恩线
瑞利线
紫
外
灾
难
维恩公式(1896)
瑞利-金斯公式(1900)
0
实验值
λ/μm
1
2
3
4
5
6
7
8
1600K
辐射
强度
英国著物理学家威廉·汤姆生
现在，美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，
“第一朵是迈克尔逊--莫雷实验”
“第二朵是热辐射现象中的紫外灾难”
“物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。”
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
·
·
·
·
普朗克量子力学的诞生
相对论问世
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
两朵乌云引发的变革
迈克尔逊-莫雷实验
遇到的困境
黑体辐射
遇到的困境
1900年普朗克获得了一个纯粹的经验公式
普朗克公式
0
实验值
/μm
1
2
3
4
5
6
7
8
1600K
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
1901年普朗克提出能量量子化子假说：
微观带电粒子的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。
h=6.626 10-34J·s----普朗克常量
ε=h
普朗克
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
——能量子
莱布尼兹
（数学家、哲学家）
从连续到不连续
“……自然界不会突变
……间断性同科学格格不入……”
“我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”
普朗克
1918年获诺贝尔物理学奖，
墓志铭h ＝6.63×10－34J·s
任务三：解释物体辐射电磁波的规律
1910年密立根油滴实验
——电荷量子化
1905年爱因斯坦
提出光量子假说
任务四：了解量子力学的发展和应用
氢原子光谱的实验规律：
氢原子光谱是彼此分立的线状光谱
经典理论无法解释原子光谱的分立性
任务四：了解量子力学的发展和应用
能级：
原子具有量子化的能量值。
玻尔提出
定态假说
任务四：了解量子力学的发展和应用
能级：
原子具有量子化的能量值。
玻尔提出
定态假说
n=6
n=5
n=4
n=1
n=3
n=2
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
任务四：了解量子力学的发展和应用
量子力学之父
1900
1905
1913
1925
1926
1928
爱因斯坦
海森堡
狄拉克
薛定谔
玻尔
普朗克
任务四：了解量子力学的发展和应用
——连续
宏观
微观
——不连续、量子化
按能量子假说，温度为何不是一段一段地下降？
宏观“连续性”和微观“量子化”的和谐
任务四：了解量子力学的发展和应用
在一杯开水中放入一支温度计
视频：来自中国的超级科技——量子芯片
任务四：了解量子力学的发展和应用
13.5 能量量子化
热辐射
黑体辐射
经典物理
紫外灾难
普朗克
能量量子化
宏观“连续性”
微观“量子化”
13.5 能量量子化
能量子：ε=h
黑体：理想化模型
能级
两朵乌云引发变革

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