高中物理选修3-5：171-能量量子化-课件.pptx

1、 1 1 能量量子化能量量子化1.知道微观粒子的能量是不连续变化的。知道微观粒子的能量是不连续变化的。2.知道能量量子化是研究微观世界的基本观点。知道能量量子化是研究微观世界的基本观点。3.知道能量子的概念。知道能量子的概念。4.会用会用=hv和公式和公式 进行计算。进行计算。cv 学 习 目 标 首先介绍能量量子化发现的背景，并利用铁块加热的例子，让学生首先介绍能量量子化发现的背景，并利用铁块加热的例子，让学生观察现象，引出新课热辐射的概念和热辐射的现象，然后让学生阅读教观察现象，引出新课热辐射的概念和热辐射的现象，然后让学生阅读教材，并引出黑体的概念，同时展示黑体模型，材，并引出黑体的概念

2、，同时展示黑体模型，并并引导学生阅读教材引导学生阅读教材“黑黑体辐射的实验规律体辐射的实验规律”，通过课件展示讲解黑体辐射的实验规律。又通过，通过课件展示讲解黑体辐射的实验规律。又通过“紫外灾难紫外灾难”无法用已有理论解释黑体辐射的规律，而引出能量子的概无法用已有理论解释黑体辐射的规律，而引出能量子的概念，通过课件展示普朗克的能量子假说和黑体辐射公式。念，通过课件展示普朗克的能量子假说和黑体辐射公式。本节知识对学生来说，相关经验较少，理解起来有一定困难。比如本节知识对学生来说，相关经验较少，理解起来有一定困难。比如黑体辐射规律、研究黑体和理想黑体模型作用、黑体辐射规律、研究黑体和理想黑体模型作

3、用、“紫外灾难紫外灾难”、“量子量子化化”和和“连续性连续性”等问题都是学生先前没有接触过的。因此在学生预习等问题都是学生先前没有接触过的。因此在学生预习阅读的基础上以教师的生动讲解为主，在讲解过程中阅读的基础上以教师的生动讲解为主，在讲解过程中利用利用多媒体投影，多媒体投影，以生活中的实物粒子展现以生活中的实物粒子展现“连续性连续性”和和“量子化量子化”的概念，同时教师要的概念，同时教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架，亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键。自己的知识框架，亲

4、自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键。设 计 思 路 19 世纪末世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解功：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、气体的内能。释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的。另外还找到了力、电、光、另外还找到了力、电、光、声声 等等都遵循的都遵循的规律规律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他当时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们

5、认为物理学已经发展到尽头到尽头了。了。知 识 链 接知 识 链 接 1900 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文开尔文勋爵作了展望新世纪的发言勋爵作了展望新世纪的发言:但开尔文毕竟是一位重视现实和有但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到他还讲到：科学的大厦已经基本完成，后辈的科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的物理学家只要做一些零碎的修补工修补工作作就行了就行了 这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为后

6、来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命性一场革命性的的风暴，乌云落地化为风暴，乌云落地化为一场春雨一场春雨，浇灌着浇灌着两朵鲜花。两朵鲜花。在在火炉旁边有什么火炉旁边有什么感觉？感觉？投投在炉中的铁块开始是什么在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会又是颜色？过一会又是什么什么颜色？颜色？新 课 导 入1.概念：概念：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。有关，所以叫做热辐射。例如：铁块例如：铁块 温度温度 从看不出发光到从看不出发光到暗红暗红经经橘红直橘红直到到黄白色黄白色新 课 讲 授2.热辐射的原因：热辐射的原因：物

7、体物体中每个分子、原子或离子都在各中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同自平衡位置附近以各种不同频率做无频率做无规则的微振动，每规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。3.特点：特点：辐射强度辐射强度及及波长成分的波长成分的分布随温度分布随温度变化变化；随着随着温度的升高，温度的升高，电磁波电磁波的短波成分的短波成分增加。增加。注意：注意：激光、日光灯发光不是热辐射激光、日光灯发光不是热辐射直觉直觉:低温物体发出的是低温物体发出的

8、是红外光红外光 炽热炽热物体发出的是物体发出的是可见光可见光 高温高温物体发出的是物体发出的是紫外光紫外光4.热辐射热辐射的主要的主要成分：成分：室温时，主要成分是波长室温时，主要成分是波长较长的较长的电电磁波；当温度升高时，波长磁波；当温度升高时，波长较短的较短的电磁波成分越来越强。电磁波成分越来越强。5.热平衡热平衡状态：状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。衡热辐射。向向外发射的电磁波能外发射的电磁波能量量 =从从外界吸收的能量外界吸收的能量 从远

9、处从远处观察打开的观察打开的窗子近似黑色窗子近似黑色？想 一 想想 一 想物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。如果某种物体能够在如果某种物体能够在任何温度下，任何温度下，对入射的任何对入射的任何波长的波长的电磁波电磁波都完全都完全吸收，而吸收，而不发生反射，这种物体就是不发生反射，这种物体就是绝对绝对黑体黑体，简称简称黑体黑体。1.黑体黑体是个理想化的是个理想化的模型模型。例例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体黑体。2.对于对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的的。3.一般

10、一般物体的辐射与温度、物体的辐射与温度、材料的种类及表面材料的种类及表面状况有关状况有关，但但 黑体辐射黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，有关，因而因而反映了某种具有普遍意义的客观规律。反映了某种具有普遍意义的客观规律。请 注 意请 注 意1.测量黑体辐射的实验原理图 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的的黑体黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 单位单位时间内从

11、物体单位面积上所发射的各种波长的总时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度辐射能，称为辐射强度。（。（了解了解）特点：特点：随温度的升高随温度的升高各种波长的辐射强度都在各种波长的辐射强度都在增加；增加；绝对黑体的温度升高时，绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短辐射强度的最大值向短波方向波方向移动。移动。2.辐射强度解释解释实验实验曲线曲线 一一朵令人不安的乌云朵令人不安的乌云1)维维恩的半经验公式：恩的半经验公式：短波短波符合，长波符合，长波不符合不符合2)瑞利瑞利 金金斯公式：斯公式：长波长波符合，短波荒唐符合，短波荒唐 紫紫外灾难外灾难 M,T 1.辐射辐射物

12、体中包含大量振动着的物体中包含大量振动着的带电带电 微粒微粒，它们的能量是某一最小，它们的能量是某一最小能量能量 的整数倍：的整数倍：2.叫叫能量子能量子，简称量子，简称量子，n 为为量子数量子数，它只取，它只取正整数正整数 能能 量量子化；量量子化；3.谐振子谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；能量；4.对于对于频率频率为为 的的谐振子，最小能量为谐振子，最小能量为：h=6.626 10 34 Js 普朗克常量 1900 年年 10 月月19 日日，普朗克，普朗克在在德国德国物理学会会议上提出一个物理学会会议上提出一个黑体黑体辐射辐射公式公式h=6

13、.626 10 34 Js 322()1hkThM Tce M,T h=6.626 10 34 Js 322()1hkThM Tce Planck 抛弃抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理这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学研究新局面，标

14、志着人类对自然规律的认识已经从宏观从宏观领领域域进入到微观进入到微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础领域，为量子力学的诞生奠定了基础。1918年年他荣获诺贝尔物理学奖他荣获诺贝尔物理学奖。科 学 视 野科 学 视 野 既然既然灯向外辐射的光能是分立的，一灯向外辐射的光能是分立的，一份一份份一份的。的。为何我们看不到灯的亮度发生变化？为何我们看不到灯的亮度发生变化？1.在在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是运动是连续的，能量连续的，能量变化是变化是连续的，不必连续的，不必考虑考虑量子化。量子化。2.在在研究微观粒子时必需考虑能量研究

15、微观粒子时必需考虑能量量子化。量子化。？想 一 想想 一 想1.热辐射现象热辐射现象 2.黑体黑体与与黑体辐射黑体辐射 黑体：吸收而不反射电磁波黑体：吸收而不反射电磁波3.黑体辐射黑体辐射的实验的实验规律规律 温度升高，辐射强度增加，强度的极大值向波长较短温度升高，辐射强度增加，强度的极大值向波长较短 的方向移动的方向移动4.能能量子：超越牛顿的发现量子：超越牛顿的发现5.普普朗克能量子理论成功解释朗克能量子理论成功解释黑体辐射黑体辐射课 堂 总 结1.下列下列叙述正确的叙述正确的是是 ()A.一切一切物体都在辐射电磁波物体都在辐射电磁波B.一般一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关物体辐射电磁

16、波的情况只与温度有关C.黑体辐射黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体电磁波的强度按波长的分布只与黑体温温 度度有关有关D.黑体黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波能够完全吸收入射的各种波长的电磁波ACD课 堂 测 试A+A+2.炼钢炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理内的温度，这是根据什么道理?根据根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的光的颜色大致估计炉内的温度。温度。3.对应对应于于3.4l0 19 J 的的能量子，其电磁辐射的频率能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少和波长各是多少？解：根据公式解：根据公式 =h 和和 =得得 ch =5.131014 Hzcv =5.8510 7 m。