选修3-5能量量子化市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

1/21材料鉴赏：

19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵照规律---能量转化与守恒定律。当初许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。2/211900年，在英国皇家学会新年庆贺会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪讲话:“科学大厦已经基本完成，后辈物理学家只要做一些零碎修补工作就行了。”(开尔文)

但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力科学家，就在上面提到文章中他还讲到：“不过，在物理学晴朗天空远处，还有两朵令人不安乌云，……”3/21这两朵乌云是指什么呢？黑体辐射试验与光速度相关

以后事实证实，正是这两朵乌云发展成为一埸革命风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。4/21普朗克量子力学诞生相对论问世这两朵乌云到底是什么回事呢？量子力学相对论微观领域高速领域经典力学5/21思索与讨论1:

在火炉旁边有什么感觉?

投在炉中铁块开始是什么颜色？过一会有是什么颜色？6/21

固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长电磁波，这种因为物体中分子、原子受到激发而发射电磁波现象称为热辐射。所辐射电磁波特征与温度相关。固体在温度升高时颜色改变1400K800K1000K1200K

比如：铁块温度

从看不出发光到暗红到橙色到黄白色一、热辐射现象

7/21

不论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射能量及波长分布都随温度而改变。比如，铁块伴随温度升高：

现象：表明：①辐射强度及波长分布随温度改变；②伴随温度升高，电磁波短波成份增加。不发光→暗红→赤红→橘红→黄白色8/21低温物体发出是红外光，炽热物体发出是可见光，高温物体发出是紫外光。

热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，不过强度不一样。9/21思索与讨论2：一座建设中楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，假如从远处看窗内，你会发觉什么？为何？二、黑体与黑体辐射

物体表面能够吸收和反射外界射来电磁波。假如一个物体在任何温度下，对任何波长电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。不透明材料制成带小孔空腔。10/21说明：①黑体是个理想化模型。例：开孔空腔，远处窗口等可近似看作黑体。②对于黑体，在相同温度下辐射规律是相同。③普通物体辐射与温度、材料、表面情况相关，但黑体辐射电磁波强度按波长分布只与黑体温度相关。11/21三、黑体辐射试验规律研究黑体辐射规律是了解普通物体热辐射性质基础。

1、测量黑体辐射试验原理图：加热空腔使其温度升高，空腔就成了不一样温度下黑体，从小孔向外辐射就是黑体辐射。12/21。2、辐射强度：

单位时间内从物体单位面积上所发射各种波长总辐射能，称为辐射强度。发觉：随温度升高①各种波长辐射强度都在增加；②绝对黑体温度升高时，辐射强度最大值向短波方向移动辐射强度13/21维恩线瑞利--金斯线紫外灾难o试验值/μm123456783、经典物理学所碰到困难——解释试验曲线一朵令人不安乌云1）维恩半经验公式：短波符合；长波不符合2）瑞利----金斯公式：长波符合；短波荒谬----紫外灾难14/21

普朗克能量子假说

辐射物体中包含大量振动着带电微粒，它们能量是某一最小能量整数倍

E=nεn=1,2,…

ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化

微观粒子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量

不可再分最小能量为：

ε=h

h=6.62610-34J·s

——普朗克常量

四、能量子：超越牛顿发觉15/21

辐射黑体分子、原子振动可看作谐振子，这些谐振子能够发射和吸收辐射能。不过这些谐振子只能处于一些分立状态，在这些状态中，谐振子能量并不象经典物理学所允许可含有任意值。对应能量是某一最小能量ε（称为能量子）整数倍，即：1ε，2ε，3ε，...nε。n为正整数，称为量子数。能量量子经典16/21

普朗克以后又为这种与经典物理格格不入观念深感不安，只是在经过十多年努力证实任何复归于经典物理企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h

引入确实反应了新理论本质。

1918年他荣获诺贝尔物理学奖。

他墓碑上只刻着他姓名和M.Planck

德国人1858－194717/21意义：（阅读书本p29）普朗克抛弃了经典物理中能量可连续改变、物体辐射或吸收能量能够为任意值旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续方式进行新观点。这不但成功地处理了热辐射中难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学诞生奠定了基础。18/21【例1】以下叙述正确是（）

A．一切物体都在辐射电磁波

B．普通物体辐射电磁波情况只与温度相关

C．黑体辐射电磁波强度按波长分布只与黑体温度相关

D．黑体能够完全吸收入射各种波长电磁波ACD19/21【例2】炼钢工人经过观察炼钢炉内颜色，就能够预计出炉内温度，这是依据什么道理?[答案]

依据热辐射规律可知，当物体温度升高时，热辐射中较短波长成份越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成份降低，频率比红光大其它颜色光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光成份就增多。所以可依据炉内光颜色大致预计炉内温度20/21【例3】对应于3.4×l0-l9J能量子，其电磁辐射频率和波长各是多少？它是什么颜色