高中物理 第6章 相对论与量子论初步 第2讲 量子世界课件 鲁科版必修2.ppt

第6章 相对论与量子论初步 第2讲量子世界 目标定位1 通过对简单现象的探究 理解热辐射 黑体 能量子等概念 2 了解普朗克 量子假说 的背景 体会经典力学的局限性 3 了解爱因斯坦 光量子说 的含义 知道光具有波粒二象性 4 了解德布罗意的物质波假说及意义 栏目索引contentspage 一 紫外灾难 1 热辐射 因物体中的受到激发而发射出的现象 称为热辐射 物体在任何温度下都会发生热辐射现象 2 黑体 黑体是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想化模型 它是一个能热辐射而热辐射的物体 分子 原子 电磁波 完全吸收 不反射 3 紫外灾难 1 实验曲线 人们发现 黑体的单色辐出度与黑体的辐射波和有关 并得出了黑体的单色辐出度与辐射波 之间关系的实验曲线 2 紫外灾难 在推导符合实验曲线的公式时 发现结果与实验曲线 这个与实验不符的结果出现在紫外区 温度 波长 波长 温度t 不符 想一想是否只有高温物体才能辐射出电磁波答案物体在任何温度下 包括0 以下 都会辐射各种波长的电磁波 只是物体的辐射强度按波长分布情况不同 二 不连续的能量 1 普朗克的量子说 1 提出的目的 普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的 2 含义 物体辐射 或吸收 的能量e只能是某一最小能量单位的 e n n 0 1 2 3 整数倍 3 量子的能量 辐射中的一份能量就是一个量子 量子能量的大小取决于辐射的 量子的能量 与成正比 h 公式中h 称为普朗克常量 普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数 是微观现象量子特征的表征 2 量子 化 含义所谓量子 或量子化 本质是 波长 频率 6 63 10 34j s 不连续性 三 物质的波粒二象性 1 物理学史 1 光的微粒说的创始人是 可以解释 等 2 光的波动说的代表人物是 3 光量子假设的提出者是 直到的发现才验证了光量子假说的正确性 牛顿 光的反射 光的颜色 惠更斯 爱因斯坦 康普顿 2 光的本质 光具有 它在一定条件下 突出地表现出 实质是不连续性 而在另一些条件下 又突出地表现出 3 物质波 物理学家德布罗意进一步提出了理论 根据这一理论 每个物质粒子都伴随着 这种波被称为物质波 又称为 戴维孙 革末及汤姆孙的实验证实了物质波的存在 4 结论 光与静止质量不为零的物质都具有 波粒二象性 微粒性 波动性 物质波 一种波 概率波 电子衍射 波粒二象性 想一想如何理解光的波粒二象性 答案光既具有波动性又具有粒子性 大量光子产生的效果显示出波动性 个别 或少量 光子产生的效果显示粒子性 频率低 波长长的光 波动性显著 而频率高 波长短的光 粒子性显著 一 热辐射和能量量子化1 热辐射在任何温度下 任何物体都会发射电磁波 辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 这是热辐射的一种特性 同一物体在一定温度下所辐射的能量 在不同光谱区域的分布是不均匀的 而且温度越高 光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高 温馨提示热辐射是热传递的一种方式 它的特点是热不凭借其他物体即可直接传播 3 原子的能量分布 1 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 2 原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道 即电子的轨道半径是不连续的 3 原子的能量状态变化时 要吸收 或辐射 一定频率的光的能量h 因此原子光谱是不连续的 4 量子假说的 灵魂 有不连续性温馨提示在宏观世界中 量子化现象几乎显示不出来 因此它的状态变化是连续的 由于在微观世界中主要特征是量子化的 因此在宏观世界中总结出来的规律不能适用于微观世界 例1关于量子假说 下列说法正确的是 a 为了解决黑体辐射的理论困难 爱因斯坦提出了量子假说b 量子假说第一次提出了不连续的概念c 能量的量子化就是能量的不连续化d 量子假说认为电磁波在空间的传播是不连续的 解析量子假说由普朗克提出 认为电磁波的发射和吸收都是不连续的 是一份一份进行的 它不但解决了黑体辐射的理论困难 而且更重要的是提出了 量子 概念 揭开了物理学上崭新的一页 选项b c正确 答案bc 例2太阳光垂直照射到地面上时 地面上1m2接受太阳光的功率为1 4kw 其中可见光部分约占45 假如认为可见光的波长约为0 55 m 普朗克常量h 6 63 10 34j s 求地面上1m2面积上每秒接收到的可见光的光子数 思路分析先求每个光子的能量 据能量守恒列公式 求解结论 解析由光子能量与波长的关系可求出每个光子的能量 由总能量与每个光子的能量关系求出光子数 设地面上1m2每秒钟接收到n个光子有0 45p n 答案1 74 1021个 二 对波粒二象性的理解 1 大量光子产生的效果显示出波动性 个别光子产生的效果显示出粒子性 2 光子和电子 质子等实物粒子一样 具有能量 和其他物质相互作用时 粒子性起主导作用 在光的传播过程中 光子在空间各点出现的可能性的大小 概率 由波动性起主导作用 因此称光波为概率波 3 光子的能量与其对应的频率成正比 而频率是波动性特征的物理量 因此 h 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系 4 对不同频率的光子 频率低 波长长的光 波动性特征显著 而频率高 波长短的光 粒子性特征显著 5 实物粒子与波 1 1924年 法国青年物理学家德布罗意在光具有波粒二象性的启发下 提出了一个大胆的观点 一切实物粒子 如电子 原子 分子等 都具有波粒二象性 德布罗意把实物粒子所对应的波叫物质波 又称为德布罗意波 温馨提示1 微观粒子具有明显的波动性 宏观物质也具有波动性 但极不明显 2 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律 不可把光当成宏观概念中的波和粒子 光在传播过程中往往显示波动性 在与物质作用时显示粒子性 例3关于光的本性 下列说法中正确的是 a 光子说并没有否定光的电磁说b 光电效应现象反映了光的粒子性c 光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的d 大量光子产生的效果往往显示出粒子性 个别光子产生的效果往往显示出波动性 解析光既有粒子性 又有波动性 但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说 它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律 而是自身体现的一种微观世界特有的规律 光子说和电磁说各自能解释光特有的现象 两者构成一个统一的整体 而微粒说和波动说是相互对立的 答案ab 针对训练下列有关光的波粒二象性的说法中 正确的是 a 有的光是波 有的光是粒子b 光子与电子是同样的一种粒子c 光的波长越长 其波动性越显著 波长越短 其粒子性越显著d 大量光子的行为往往显示出粒子性 解析一切光都具有波粒二象性 光的有些行为 如干涉 衍射 表现出波动性 有些行为 如光电效应 表现出粒子性 所以 不能说有的光是波 有的光是粒子 虽然光子与电子都是微观粒子 都具有波粒二象性 但电子是实物粒子 有静质量 光子不是实物粒子 没有静质量 电子是以实物形式存在的物质 光子是以场形式存在的物质 所以 不能说光子与电子是同样的一种粒子 光的波粒二象性的理论和实验表明 大量光子的行为表现出波动性 个别光子的行为表现出粒子性 光的波长越长 衍射性越好 即波动性越显著 光的波长越短 其光子能量越大 个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应 所以其粒子性就很显著 答案c 1 黑体辐射的 紫外灾难 是指 a 紫色的自然灾害b 实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合 该结果出现在紫外区 故称黑体辐射的 紫外灾难 c 黑体温度达到一定值时 物体辐射的全部都是紫外线d 黑体温度达到一定值时 物体辐射的全部都是紫色 紫外灾难 答案b 解析实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合 随着波长变短 即向紫外区延伸时 计算的结果与实验曲线严重不符 该结果出现在紫外区 称其为黑体辐射的 紫外灾难 故b正确 a c d错误 不连续的能量2 最早提出量子假说的物理学家是 a 爱因斯坦b