高中物理 第17章 第1节 能量量子化同步辅导与检测课件 新人教版选修35.ppt

第1节能量量子化 波粒二象性 普朗克的量子说量子论的观点最初是在研究热辐射的规律时产生的 我们周围的物体都在不断地辐射电磁波 这是由分子和原子的热运动引起的 所以叫做热辐射 物体在室温时热辐射电磁波的波长比较长 不能引起我们的视觉 但是如果温度在500 以上 它就能辐射可见光了 铁块烧热会变红 就是这个道理 除了热辐射之外 物体表面还会反射外界射来的电磁波 有的物体的反射能力比较小 在光线照射下看起来比别的物体黑一些 假设有这样一类物体 它们完全不能反射电磁波 我们就称之为绝对黑体 简称黑体 绝对黑体热辐射的规律比较简单 在19世纪末许多人做了大量研究 黑体辐射的波长并不是单一的 它同时辐射各种波长的电磁波 不同波长的辐射波 它们的强度也不一样 教材中的图画出了四种温度下绝对黑体热辐射的强度与波长的关系 可以看出 随着温度的升高 一方面 各种波长的辐射强度都有增加 另一方面 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 或者可以粗略地说 温度越高 辐射电磁波的波长越短 烧红的铁块如果继续升温 就会达到 白 热 这是因为温度升高后 在它辐射的光中 波长较短 如蓝光 紫光所占的比例就会增加 更接近日光中各种色光的比例 因此看起来几乎是白色的 怎样解释这些实验现象呢 物体是由不停运动的带电微粒组成的 按照经典的电磁理论 带电微粒的振动相当于交变电流 所以这些分子 原子就是一个个小天线 它们具有各种能量 可以向外辐射或接收电磁波 但是基于这种认识的一系列研究结果都和实验规律不一致 1900年 德国物理学家普朗克做出了一个大胆的假设 解决了热辐射问题 同时也改变了人们对微观世界的认识 普朗克认为 粒子的能量只能是某一最小能量值e的整数倍 例如 可能是e或2e 3e 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 这个不可再分的最小能量值e叫做能量子 在微观世界中能量不能连续变化 只能取分立值的现象 叫做能量的量子化 根据普朗克的能量子假设推算出的黑体辐射规律和观测事实符合得很好 但是能量量子化的观点违背日常生活经验 当时没有被人接受 即使普朗克本人也踌躇不决 后来 爱因斯坦勇敢地接受了量子化的观点 成功地解释了光电效应 才使量子论走上了进一步发展的道路 1 黑体与黑体辐射 1 热辐射 我们周围的一切物体都在辐射 这种辐射与物体的 有关 所以叫做热辐射 物体的温度升高 热辐射中 的成分越来越强 2 黑体 如果某种物体能够 入射的各种波长的电磁波而 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 3 黑体辐射 一般物体辐射电磁波的情况除与 有关外 还与 及 有关 而黑体辐射电磁波的强度按 的分布只与黑体的 有关 2 黑体辐射的实验规律 黑体辐射的强度与波长的关系 黑体辐射实验中 随着温度的升高 一方面 各种波长的辐射强度 另一方面 辐射强度的极大值向 的方向移动 答案 1 1 电磁波温度较短波长 2 完全吸收不发生反射 3 温度材料的种类表面状况波长温度2 都有增加波长较短 3 能量子 超越牛顿的发现 1 能量量子化 宏观物体的能量是 而普朗克认为微观粒子的能量是 的 或说微观粒子的能量是 的 即带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的 倍 2 能量子 不可再分的最小能量值 叫做能量子 且 式中的 是 h叫做普朗克常量 其值为h 答案 1 连续的量子化分立整数 2 h 电磁波的频率6 626 10 34j s 一 黑体与黑体辐射1 热辐射 1 定义 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 所以叫热辐射 2 特点 热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 2 黑体 1 定义 在热辐射的同时 物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波 如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 2 黑体辐射特点 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关 注 一般物体的热辐射除与温度有关外 还与材料的种类及表面状况有关 3 黑体辐射的实验规律19世纪末 物理学家从实验和理论两方面都研究了各种温度下的黑体辐射 测量了它们的黑体辐射强度按波长分布的情况 得出图甲所示的实验曲线 1 黑体辐射的实验规律 随着温度的升高 一方面 各种波长的辐射强度都有增加 另一方面 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 图甲黑体辐射的实验规律 2 黑体辐射实验规律的理论解释 维恩公式解释 1896年 德国物理学家维恩 w k wien 从热力学理论出发 得到了一个公式 但它只是在短波部分与实验相符 而在长波部分与实验存在明显的差异 如图乙所示 图乙辐射强度与波长的关系 瑞利公式解释 1900年 英国物理学家瑞利 j rayleigh 从经典电磁理论出发推导出一个公式 其预测结果如图乙所示 在长波部分与实验吻合 在短波部分偏差较大 尤其在紫外线一端 当波长趋于0时 辐射本领将趋于无穷大 这种情况被人们称为 紫外灾难 二 能量量子化 超越牛顿的发现1 能量子 1 能量子定义振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的整数倍 例如 可能是 或2 3 当带电微粒辐射或吸收能量时 也是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收的 这个不可再分的最小能量值 叫做能量子 2 能量子公式 h 是电磁波的频率 h是一个常量 后被称为普朗克常量 planckconstant 其值为h 6 626 10 34j s 3 能量的量子化在微观世界中能量不能连续变化 只能取分立值 这种现象叫做能量的量子化 2 量子化假设的实验证实普朗克公式与实验结果比较 发现它与实验结果 令人满意地相符 比较图线如下图所示 曲线是根据普朗克的公式作出的 小圆代表实验值 3 普朗克的量子化假设的意义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 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 氦 氖激光器发出波长为633nm的激光 当激光器的输出功率为1mw时 每秒发出的光子数为 a 2 2 1015b 3 2 1015c 2 2 1014d 3 2 1014解析 一个光子能量 h 当激光器输出功率为1mw时 每秒发出的光子数为 3 2 1015个 b正确 答案 b 变式迁移 多选 2006年度诺贝尔物理学奖授予了两名美国科学家 以表彰他们发现了宇宙微波背景辐射的黑体谱形状及其温度在不同方向上的微小变化 他们的出色工作被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点 下列与宇宙微波背景辐射黑体谱相关的说法中正确的是 a 微波是指波长在10 3m到10m之间的电磁波b 微波和声波一样都只能在介质中传播c 黑体的热辐射实际上是电磁辐射d 普朗克在研究黑体的热辐射问题中提出了能量子假说解析 微波的波长范围是1mm到10m a正确 微波能在真空中传播 b不正确 黑体热辐射实际上是电磁辐射 c正确 普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说 d正确 考查电磁波的基本知识 答案 acd 基础巩固 1 多选 下列叙述正确的是 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 解析 根据热辐射的定义 a正确 根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外 还与材料种类和表面状况有关 而黑体辐射只与黑体的温度有关 b错误 c正确 根据黑体的定义知d正确 答案 acd 2 红光和紫光相比 a 红光光子的能量较大 在同一种介质中传播时红