1、第1节 能量量子化 第17章 波粒二象性 人教版高中物理选修3-5 课堂引入 观察铁钉的颜色变化，思 考产生这种现象的原因？ 19世纪末，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 Maxwell方程。 另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律-能量转化与守恒定律。 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 到头了。 课堂引入 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理 学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学
2、家只要做 一些零碎的修补工作就行了。” (开尔文) 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中 他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，” 课堂引入 黑体辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 普朗克量子力学的诞生相对论问世 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 经典力学 这两朵乌云是指什么呢？ 在火炉旁边有什么感觉? 为什么会有这种感觉？ 【小组讨论】 固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分 子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度 有关。 1400 K800K 1000 K 1200 K
3、铁钉温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色 下图是开头视频中在火上被加热的铁钉的颜色变化 一、热辐射现象 无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温 度而变化。 例如，铁块随着温度升高： 现象： 表明：（1）辐射强度及波长的分布随温度变化； （2）随着温度升高，电磁波的短波成分增加。 不发光暗红赤红 橘红 黄白色 注意： 激光、日光灯发光不是热辐射 热平衡状态：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衡热辐射。 一、热辐射现象 一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？ 【小
4、组讨论】 物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。 如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与 透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。 不透明材料制成的带小孔 的空腔。 二、黑体与黑体辐射 说明： （1）黑体是个理想化的模型。 例如：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 （2）对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 （3）一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但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。 二、黑体与黑体辐射 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 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
5、度下的黑体，从小孔向外的辐射 就是黑体辐射。 三、黑体辐射的实验规律 各种温度下黑体辐射强度按波长分布情况的实验曲线 2.黑体辐射的规律 辐射强度 三、黑体辐射的实验规律 3.辐射强度 单位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。 发现：随温度的升高 (1)各种波长的辐射强度都在增加； (2)绝对黑体的温度升高时，辐射强度的 极大值向短波方向移动。 辐射强度 三、黑体辐射的实验规律 维恩线 瑞利-金斯线 紫 外 灾 难 o o 实验值 / /mm 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 4.经典物理学所遇到的困难解释实验曲线 一朵令人不安的乌云
6、 (1)维恩的半经验公式： 短波符合；长波不符合 (2)瑞利-金斯公式： 长波符合；短波荒唐 -紫外灾难 三、黑体辐射的实验规律 【典例1】下列叙述正确的是（ ） A一切物体都在辐射电磁波 B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波 ACD 典型例题 1.辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数 倍 E=n n=1,2, 叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数能量量子化 2.谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量 对于频率为 的谐振子，最小能量为： =h h=6.62
7、6 10-34Js 普朗克常量 四、普朗克能量子假说：超越牛顿的发现 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐 射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能 量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称 为能量子）的整数倍，即：1，2，3， . n。n为正整数，称为量子数。 能量 量子经典 四、普朗克能量子假说：超越牛顿的发现 3.意义： Planck抛弃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 续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热
8、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从从宏观领域进入微观领域 ，为量子力学的诞生奠定了基础。 四、普朗克能量子假说：超越牛顿的发现 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在 经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后 ，他才坚定地相信 h 的引入确实反映了新理论的本质。 1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和 h=6.626 10-34Js 四、普朗克能量子假说：超越牛顿的发现 【典例2】关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是( ) A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子 C.光子的能量跟它的频率成正比 D.光子客观并不存在，而是人为假设的 B 典型例题 课堂小结