1、第6章 相对论与量子论初步,2 量子世界,电磁波谱,炼钢的热辐射,红外夜视仪拍的照片,红外线判断病变区域,1.通过对简单现象的探究，理解热辐射、黑体、能量子等概念. 2.了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性. 3.了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性. 4.了解德布罗意的物质波假说及意义.,目标定位,目标展示,1.热辐射 因物体中的 受到激发而发射出 的现象，称为热辐射. 物体在任何温度下都会发生热辐射现象. 2.黑体 黑体是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想化模型，它是一个能 热辐射而 热辐射的物体.,答案,分子、原子,电磁波,完全吸收,不反射,一、“
2、紫外灾难”不连续的能量,自主学习,答案,3.“紫外灾难” (1)实验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射波 和_有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波 、 之间关系的实验曲线. (2)“紫外灾难”：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与实验曲线.这个与实验不符的结果出现在紫外区.,波长,温度,波长,温度T,不符合,4.普朗克的量子说 (1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的. (2)含义：物体辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的 . E (n1,2,3，) (3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子.量子的能量大小取决于辐射的 ，量子的能
3、量与 成正比. ，公式中h6.631034 Js，称为普朗克常量. 普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征. 5.量子(化)含义 所谓量子(或量子化)，本质是 .,答案,整数倍,波长,频率,h,n,不连续性,光到底是什么？17世纪形成了两种学说：,由于早期的波动说不能用数学作严格的表达和分析、牛顿在物理界的威望，微粒说一直占上风。,牛顿微粒说,惠更斯波动说,光是从光源发出的一种物质微粒，能解释光的直进、反射现象。,认为光是在空间传播的某种波，能解释-同时发生反射和折射、几束光相遇而互不干扰。,牛顿,惠更斯,* 19世纪初，在实验中观察到光的干涉和衍射现，不能用微粒说
4、解释，因而证明了波动说和正确性。,这儿的粒子不同于牛顿所说的微粒。,麦克斯韦电磁说(十九世纪),但19世纪末又发现了现象-光电效应，用波动性无法解释。光子说解释了光电效应。,托马斯.杨,爱因斯坦,麦克斯韦,爱因斯坦光子说(20世纪),光到底是什么？,爱因斯坦,托马斯.杨,牛顿,惠更斯,麦克斯韦,结论：光具有波粒二象性,康普顿,是否只有高温物体才能辐射出电磁波？ 答案 物体在任何温度下(包括0 以下)都会辐射各种波长的电磁波.只是物体的辐射强度按波长分布情况不同.,答案,一、“紫外灾难”不连续的能量,合作探究,典例精析,解析答案,例1 关于量子假说，下列说法正确的是( ) A.为了解决黑体辐射的
5、理论困难，爱因斯坦提出了量子假说 B.量子假说第一次提出了不连续的概念 C.能量的量子化就是能量的不连续化 D.量子假说认为电磁波在空间的传播是不连续的 解析 量子假说由普朗克提出，认为电磁波的发射和吸收都是不连续的，是一份一份进行的.它不但解决了黑体辐射的理论困难，而且更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学上崭新的一页，选项B、C正确.,BC,返回,解析答案,总结提升,例2 太阳光垂直照射到地面上时，地面上1 m2接收到的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长约为0.55 m，普朗克常量h6.631034 Js，求地面上1 m2面积上每秒接收到的可见光
6、的光子数. 解析 由光子能量与波长的关系可求出每个光子的能量，由总能量与每个光子的能量关系求出光子数.,设地面上1 m2每秒钟接收到n个光子,有0.45Pn,答案 1.741021个,返回,总结提升,量子化假设的应用技巧 (1)量子化假设与传统的经典物理的连续性概念是不同的，微观物质系统的存在是量子化的，物质间传递的相互作用是量子化的，物质的状态及其变化也是量子化的. (2)量子化假设说明最小能量h由光的频率决定.宏观物体辐射的总能量与光子个数的关系E总Nh. (3)由公式 知，假设已知光在真空中的波长和速度，便可求出光的频率.再由h便可知一份光量子的能量.,答案,1.物理学史 (1)光的微粒
7、说的创始人是 ，可以解释 、 等. (2)光的波动说的代表人物是 . (3)光量子假设的提出者是 ，直到 的发现才验证了光量子假说的正确性.,牛顿,光的反射,光的颜色,惠更斯,爱因斯坦,康普顿,二、物质的波粒二象性,2.光的本质 光具有 ，它在一定条件下，突出地表现出 ，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出 . 3.物质波 物理学家德布罗意进一步提出了 理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着 ，这种波被称为物质波，又称为 ，戴维孙、革末及汤姆孙通过 实验证实了物质波的存在. 4.结论 光与静止质量不为零的物质都具有 .,答案,波粒二象性,微粒性,波动性,物质波,一种波,概率波,电
8、子衍射,波粒二象性,【深度思考】,如何理解光的波粒二象性？ 答案 光既具有波动性又具有粒子性. (1)宏观上，大量光子表现为波动性，如光的干涉、衍射现象；对不同频率的光，频率越低、波长越长，表现出的波动性越显著. (2)在微观上，个别光子与其他物质产生作用时表现为粒子性，如光电效应现象、康普顿效应现象，频率越高、波长越短，表现出的粒子性越显著. (3)光子说说明光具有粒子性，而光子的能量与其频率成正比，频率是波动性特征的物理量.因此光子的能量h显示了光的波动性和粒子性之间的密切联系.,答案,典例精析,解析答案,总结提升,例3 关于光的本性，下列说法中正确的是( ) A.光子说并没有否定光的电磁
9、说 B.光电效应现象反映了光的粒子性 C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的 D.大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性,总结提升,解析 光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律.光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的. 答案 AB,总结提升,光的波粒二象性应注意的问题 (1)光子是能量为h的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率有关，体现了波动性，所以光子
10、是统一波粒二象性的微粒. (2)在不同条件下的表现不同.大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性. (3)光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性强，频率高的光粒子性强.,返回,解析答案,针对训练 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( ) A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子与电子是同样的一种粒子 C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D.大量光子的行为往往显示出粒子性,解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子. 虽然光子与
11、电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静质量，光子不是实物粒子，没有静质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子. 光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著. 答案 C,返回,1,2,3,4,解析答案,1.(紫外灾难)黑体辐射的“紫外灾难”是指( ) A.紫色的自然灾害 B.实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故
12、称黑体辐射的“紫外灾难” C.黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫外线 D.黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫色 解析 实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，随着波长变短，即向紫外区延伸时，计算的结果与实验曲线严重不符，该结果出现在紫外区，称其为黑体辐射的“紫外灾难”，故B正确，A、C、D错误.,B,课堂检测,1,2,3,4,解析答案,2.(不连续的能量)最早提出量子假说的物理学家是( ) A.爱因斯坦 B.牛顿 C.开普勒 D.普朗克 解析 普朗克是量子力学的奠基者，被称为量子力学之父.,D,1,2,3,4,3.(光的波粒二象性)(多选)下列说法正确的是( ) A.光是一种电
13、磁波 B.光是一种概率波 C.光子相当于高速运动的质点 D.光的直线传播只是宏观近似规律 解析 不能把光波看做是宏观力学中的介质波、连续波，它实质上是电磁波、概率波；也不能把光子看做宏观世界中的实物粒子、质点.,解析答案,ABD,1,2,3,4,返回,4.(光的波粒二象性)为了验证光具有波动性，某同学采用下列做法，其中可行的是( ) A.让一束光照射到一个轻小物体上，观察轻小物体是否会振动 B.让一束光通过一狭缝，观察是否发生衍射现象 C.让一束光通过一圆孔，观察是否发生小孔成像 D.以上做法均不可行,答案,B,物体在任何温度下都在发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。,热辐射现象,小结作业,黑体辐射,能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体,黑体辐射:,1.温度越高,辐射能越大;,黑体:,2.与最大辐射能对应的波长向短波方向移动,普朗克的量子假说认为：物质辐射的能量是一份一 份的，就像物体是由一个一个原子构成的一样。一份能量就是一个量子，大小取决于波长，与频率 成正比：,物质具有波粒二象性,是普适常数6.6310-34JS， 是频率。,
