高中物理 第四章 波粒二象性 第1节 量子概念的诞生课件 教科版选修35.ppt

第一节量子概念的诞生 自主学习 一 热辐射问题 黑体与黑体辐射1 热辐射 周围的一切物体都在辐射电磁波 这种辐射的强度随波长如何分布都与物体的 相关 所以叫做热辐射 2 黑体 某物体能够 吸收外来电磁波而不发生反射 这种物体称为绝对黑体 简称黑体 3 黑体辐射 黑体表面向外辐射电磁波的强度按波长分布的情况与温度有关 温度 全部 二 普朗克提出的能量子概念和量子论诞生的历史意义1 能量子 普朗克认为 带电微粒辐射或者吸收能量时 只能辐射或吸收某个最小能量值的 即 能的辐射或者吸收只能是一份一份的 这个不可再分的最小能量值 叫做 2 能量子大小 h 其中 是电磁波的频率 h称为普朗克常量 h j s3 能量子概念的引入 解决了黑体辐射问题 向人们展示了自然过程的非连续特性 标志着量子论的诞生 整数倍 能量子 6 63 10 34 量子概念是1900年普朗克首先提出的 距今已有一百多年的历史 其间 经过爱因斯坦 玻尔 德布罗意 玻恩 海森伯 薛定谔 狄拉克等许多物理大师的创新努力 到20世纪30年代 就建立了一套完整的量子力学理论 学习活动一 热辐射 1 热辐射 一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量 且辐射强度随波长的变化与温度有关 这种辐射称为热辐射 问题1 什么是热辐射 你能举出热辐射的实例吗 例如 铁块温度升高 则从看不出发光到发出暗红到橙色到黄白色的光 这种与温度有关的辐射称为热辐射 热辐射 热能转化为电磁能的过程 钢水 高温物体发出的是紫外光 炽热物体发出的是可见光 低温物体发出的是红外光 运动时人体各部分温度分布 头部各部分温度不同 它们的热辐射存在差异 这种差异可通过热象仪转换成可见光图像 红外夜视图 2 对热辐射的初步认识 1 任何物体任何温度均存在热辐射 2 热辐射谱是连续谱 3 热辐射谱与温度有关 温度 发射的能量 电磁波的短波成分 如一个20w的白炽灯和一个200w的白炽灯发出的光 昏黄色 亮刺眼 直觉 注意 低温物体发出的是红外光热辐射与温度有关炽热物体发出的是可见光激光 日光灯发光高温物体发出的是紫外光不是热辐射 学习活动二 黑体辐射 1 黑体 物体能够全部吸收外来的电磁波而不发生反射 这种物体称为黑体 2 黑体辐射 加热黑体 黑体表面向外辐射电磁波 就称为黑体辐射 问题 什么是黑体 什么是黑体辐射 0123456 m 1700k 1500k 1300k 1100k 实验结果 3 黑体辐射规律 辐射强度随波长的分布曲线 普朗克假设 普朗克认为 金属空腔中的电子振动可视为一维谐振子 这些谐振子辐射电磁波 也从周围电磁场中吸收能量 谐振子的能量不能连续变化 只能取一系列分立的值 其最小的能量称为能量子 与频率成正比 即 谐振子辐射和吸收的能量只能是的整数倍 12 1黑体辐射普朗克能量子假设 学习活动三 量子概念的诞生 普朗克的能量子概念 普朗克公式 热辐射的电磁波能量是不连续的 只能取一些分立的值 量子数 n 0 1 2 3 普朗克常量 h 6 63 10 34j s 能量子 h 电磁波频率 普朗克公式的理论曲线 普朗克黑体辐射公式 普朗克常量 12 1黑体辐射普朗克能量子假设 普朗克认为能量是量子化的 为什么我们感觉不到宏观物体的量子化特征 提示 对于宏观物体 因为普朗克常量h非常小 可认为趋近于零 量子化的特征显示不出来 思考感悟 12 1黑体辐射普朗克能量子假设 例2 关于对黑体的认识 下列说法正确的是 a 黑体只吸收电磁波 不反射电磁波 看上去是黑的b 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外 还与材料的种类及表面状况有关c 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关 与材料的种类及表面状况无关d 如果在一个空腔壁上开一个很小的孔 射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收 最终不能从小孔射出 这个空腔就成了一个黑体 解析 黑体自身辐射电磁波 不一定是黑的 a错误 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 b错误 c正确 小孔只吸收电磁波 不反射电磁波 因此小孔成了一个黑体 而不是空腔 d错误 答案 c点评 黑体完全吸收电磁波而不反射 同时其本身也辐射电磁波 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关 与其他因素无关 例3 湛江市2014 2015学年高二质检 在实验室或工厂的高温炉子上开一个小孔 小孔可看做黑体 由小孔的热辐射特征 就可以确定炉内的温度 如图所示 就是黑体的辐射强度与其辐射光波波长的关系图象 则下列说法正确的是 a t1 t2b t1 t2 c 随着温度的升高 黑体的辐射强度都有所降低 d 随着温度的升高 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 解析 一般材料的物体辐射能的多少决定于物体的温度 t 辐射波的波长 时间的长短和发射的面积 而黑体是指在任何温度下