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新人教版 必修三
第十三章 电磁感应与电磁波初步
第5节 能量量子化
新课引入
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？
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，所以叫作热辐射。物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。
随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。
学习任务一： 热辐射
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。
只与温度有关。
用经典的电磁学理论解释黑体辐射的实验规律时遇到了严重的困难
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。
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？
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。
学习任务一 ： 热辐射
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
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
为了得到与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，急性了激烈的思想斗争。
学习任务二： 能量子
能量子的观点与宏观世界中我们对能量的认识有很大不同，例如，一个宏观的单摆，小球在摆动的过程中，受到摩擦阻力的作用，能量不断减小，能量的变化是连续的。而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的。
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。
学习任务二 ： 能量子
（2）普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征;
能量量子化假说的意义
（1）普朗克的能量子假设,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。成为物理学发展史上一个重大转折点，是物理学的一个新纪元。
（3）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。
学习任务二 ： 能量子
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：
爱因斯坦提出的光子说
学习任务二： 能量子
能级：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。
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
学习任务三： 能级
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。
19 世纪末和 20 世纪初，物理学研究深入到微观世界，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
学习任务三： 能级
宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。
我国于 2016 年 9 月 25 日在贵州落成启用被誉为“中国天眼” 的世界最大的 500 m 口径球面射电望远镜（简称 FAST）。
FAST工程是我国科学工作者奋发图强、立志创新的具体实践，其中被人们誉为“天眼之父”的南仁东则是这个群体的杰出代表。
STSE “聆听”宇宙
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【详解】根据
可得
则
1．对应于7.4×10-19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c=3.00×108 m/s）
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【详解】光子能量为
每秒发射光子数为 个
2．氦氖激光器发射波长为 的单色光，这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为 ，则每秒发射多少个光子？
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【详解】根据光子能量公式 可知，光子频率越大，能量越高，蓝色比红色频率高，所以蓝星表面温度高。
3．晴朗的夜空繁星闪烁（如图），有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”，你能判断出哪种恒星的表面温度更高么？说出你的道理。

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