能量量子化【知识导图+拓展训练】 高二物理 课件（人教版2019必修第三册）

第十三章第十三章 电磁感应与电磁波初步电磁感应与电磁波初步13.5 能量量子化能量量子化h1.了解热辐射的概念和特点，了解黑体的概念及黑体辐射的特点。了解热辐射的概念和特点，了解黑体的概念及黑体辐射的特点。2.了解能量子的概念及其提出的科学过程，了解光子的概念，了了解能量子的概念及其提出的科学过程，了解光子的概念，了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。解宏观物体和微观粒子的能量变化特点。3.了解能级的概念，并能解释原子光谱的分立特征，了解量子力了解能级的概念，并能解释原子光谱的分立特征，了解量子力学的建立。学的建立。【学习目标学习目标】电子测温枪时怎样测出温度的电子测温枪时怎样测出温度的？炼钢工人熟练技术后面的科学依据吗？炼钢工人熟练技术后面的科学依据吗？变化的电场变化的电场变化的电场变化的电场产生产生产生产生磁场磁场磁场磁场变化的磁场变化的磁场变化的磁场变化的磁场产生产生产生产生电场电场电场电场 不均匀变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化电场不均匀变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化电场于于是，是，变化的电场和变化的电场和变化变化磁场交替产生，由近及远地传播磁场交替产生，由近及远地传播。一切物体内部存在不停运动的带一切物体内部存在不停运动的带电微粒，这种带电微粒的振动，电微粒，这种带电微粒的振动，会产生变化的电磁场，向外辐射会产生变化的电磁场，向外辐射电磁波电磁波一、热辐射1.1.定义：我们周围定义：我们周围一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与，这种辐射与温温度度有关，也称有关，也称热辐射热辐射。温度升高时，热辐射中波长较短的温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强。成分越来越强。2 2.特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度不同而有所不同。而有所不同。光也是一种电磁波。光也是一种电磁波。常温时，物体热辐射的波长较长，不能引起人的视觉。常温时，物体热辐射的波长较长，不能引起人的视觉。一、热辐射 我们看到不发光物体的颜色就是物体表面反射我们看到不发光物体的颜色就是物体表面反射电磁波（可见光）的颜色，其他颜色的电磁波（可电磁波（可见光）的颜色，其他颜色的电磁波（可见光）被物体吸收见光）被物体吸收3、物体表面能物体表面能反射反射、吸收吸收电磁波电磁波问题：物体辐射的电磁波和反问题：物体辐射的电磁波和反射的电磁波混在一块，对热辐射的电磁波混在一块，对热辐射规律的研究就造成了干扰，射规律的研究就造成了干扰，怎么办？怎么办？二、黑体 如果某种物体能够如果某种物体能够完全吸收完全吸收入射的各种波长的电磁入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫做黑体。波而不发生反射，这种物体就叫做黑体。1 1、黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。、黑体不反射电磁波，但可以向外辐射电磁波。2 2、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。温度有关。想 一 想生活中，哪些物体可以看作是黑体？生活中，哪些物体可以看作是黑体？开孔的黑盒子开孔的黑盒子远处的窗口远处的窗口烟烟 煤煤遥远的恒星遥远的恒星烟煤、遥远的恒星辐射的电磁波比反射的烟煤、遥远的恒星辐射的电磁波比反射的电磁波要多，故也可以看做黑体电磁波要多，故也可以看做黑体黑体辐射的电磁波的强度随波长的分布与只黑体温度有关，黑体辐射的电磁波的强度随波长的分布与只黑体温度有关，这有强的研究价值，历史上科学家一度重视黑体辐射的研究这有强的研究价值，历史上科学家一度重视黑体辐射的研究黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑人们很自然地要依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。但是，用经典的电磁理论解体辐射的理论解释。但是，用经典的电磁理论解释黑体辐射的实验规律时遇到了严重的困难。释黑体辐射的实验规律时遇到了严重的困难。普朗克对黑体辐射理论解释普朗克对黑体辐射理论解释 普朗克普朗克找到了一个数找到了一个数学公式学公式，它与实验吻合它与实验吻合得非常完美得非常完美。普朗克尝试从电磁学、力学、统普朗克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学的基本理论出发，计物理学等物理学的基本理论出发，把这个公式推导出来。把这个公式推导出来。普朗克最终在普朗克最终在19001900年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：年底发现，如果想推导出这个公式，就必须假定：组成黑体的振动着的组成黑体的振动着的带电微粒的能量带电微粒的能量只能是只能是某一最小能量值某一最小能量值 的整数倍的整数倍。微观粒子的能量是微观粒子的能量是不不连续（分立）连续（分立）的，是的，是一份一份的一份一份的提出假说-能量子 1.1.定义：定义：振动着的带电微粒的能量只能是振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值某一最小能量值a a的整数倍。例如，可能是的整数倍。例如，可能是8 8或或2828、38.38.这个不可再分的最小能量值这个不可再分的最小能量值c c叫作能叫作能量子量子3.3.能量的量子化能量的量子化：微观粒子的能量是微观粒子的能量是量子化量子化的的，或，或者说者说微观粒子的能量微观粒子的能量是是不不连续连续（分立分立）的的。h h 6.6260701510-34 Js-普朗克常量普朗克常量 2.2.能量子的大小：能量子的大小：对于频率对于频率为为的的能量子能量子区别区别“连续连续”和和“量子化量子化”想 一 想量子化概念的发展-光子光电效应：光电效应：照射到金属表面的光照射到金属表面的光，能使金属中能使金属中的电子从表面逸出。这个现象叫的电子从表面逸出。这个现象叫光电效应光电效应，这，这种电子常被称为种电子常被称为光电子。光电子。经典物理学不能解释光电效应经典物理学不能解释光电效应 爱因斯坦爱因斯坦1879-19551879-1955光子说：光子说：爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，把能量子假设进行了推广，他提出：电磁场本身发，把能量子假设进行了推广，他提出：电磁场本身就是不连续的，就是不连续的，光本身就是由一个个不可分割的能量光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的子组成的.光子光子:频率为频率为的光的能量子的光的能量子 h。19051905年，爱因斯坦提出光量子假说，成功地年，爱因斯坦提出光量子假说，成功地解释了光电效应解释了光电效应量子化概念的发展-能级 波尔（波尔（1885-1962 1885-1962氢原子光谱氢原子光谱1919世纪末，人们在研究原子结构时，发现各种原子的发世纪末，人们在研究原子结构时，发现各种原子的发射光谱都是线状的。这种现象无法用经典物理学解释射光谱都是线状的。这种现象无法用经典物理学解释电子在核外高速运动，这种运动会向外辐射电磁波，电子在核外高速运动，这种运动会向外辐射电磁波，这个过程时连续的，原子会向外辐射各种频率的电这个过程时连续的，原子会向外辐射各种频率的电磁波，得到的原子光谱应该是连续的，而实际上的磁波，得到的原子光谱应该是连续的，而实际上的原子光谱是不连续（分立）的。原子光谱是不连续（分立）的。波尔波尔量子化概念的发展-能级 波尔指出，波尔指出，原子的能量是量子化的。这些量子化原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。的能量值叫作能级。高能级高能级:能量较高的能级能量较高的能级 低能级低能级:能量较低的能级能量较低的能级基能级基能级:能量最低的能级能量最低的能级 (相应的状态称相应的状态称基态基态）激发能级激发能级:能量高于基能级的其它所有能级能量高于基能级的其它所有能级(相应状态称相应状态称激发态激发态)hE4E3E2E1定态定态跃迁跃迁E4E3E2E1 原子从较高的激发态向较低的激发态或基态原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象。量子化概念的发展-能级原子由高能级向低能级跃迁时放出的光子的原子由高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差能量等于前后两个能级之差,即即hEm-En 由于原子的由于原子的能级是分立能级是分立的，所以放出的的，所以放出的光子的能量也是光子的能量也是不连续（分立）不连续（分立）的，原子的发射光谱只有一些的，原子的发射光谱只有一些分立的亮线分立的亮线.波尔的能级假说，很好的解释了氢原子的线状波尔的能级假说，很好的解释了氢原子的线状光谱，进一步发展了普朗克的量子假说，也为人们光谱，进一步发展了普朗克的量子假说，也为人们接受量子化的科学观念又提供了一个证据，正是在接受量子化的科学观念又提供了一个证据，正是在不断检验和证实过程中，量子化的观点才逐渐被人不断检验和证实过程中，量子化的观点才逐渐被人们所接受和认可。们所接受和认可。波尔波尔氢原子光谱氢原子光谱小结-量子化概念的发展1900黑体辐射能量子假说1905光电效应光子1913原子光谱能级普朗克1918诺贝尔奖爱因斯坦1921诺贝尔奖玻尔1922诺贝尔奖20世纪世纪量子力学量子力学h光子和能级假说的提出，深化了普朗克能量量子化的假说，量子化的观点逐光子和能级假说的提出，深化了普朗克能量量子化的假说，量子化的观点逐渐被人们接受和认可，但是科学研究并没有结束，科学家发现这些成功的理渐被人们接受和认可，但是科学研究并没有结束，科学家发现这些成功的理论都与普朗克常量有关，这预示着这些理论之间存在着密切、紧密的联系。论都与普朗克常量有关，这预示着这些理论之间存在着密切、紧密的联系。2020世纪量子力学诞生了，它很好的描述了微观世界的运动规律，并在现代技世纪量子力学诞生了，它很好的描述了微观世界的运动规律，并在现代技术中发挥着重大作用。术中发挥着重大作用。【例题例题1】关于对热辐射的认识，下列说法正确的是关于对热辐射的认识，下列说法正确的是()A热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B温度越高，物体辐射的电磁波越强温度越高，物体辐射的电磁波越强C辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【课堂训练】解析：解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，越强，A A错误，错误，B B正确；选项正确；选项C C是黑体辐射的特性，是黑体辐射的特性，C C错误；除光源外，常错误；除光源外，常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D D错误错误B【例题例题2】(多选多选)以下宏观概念中，哪些是以下宏观概念中，哪些是“量子化量子化”的的()A物体的带电荷量物体的带电荷量 B物体的质量物体的质量C物体的动量物体的动量D学生的个数学生的个数【课堂训练】AD【例题例题3】一个氢原子从高能级跃迁到低能级，该氢原子一个氢原子从高能级跃迁到低能级，该氢原子()A放出光子，能量增加放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少吸收光子，能量减少 B 祝同学们学习愉快祝同学们学习愉快