【教学课件】第1节能量量子化.ppt

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1、第第1 1节节 能量量子化能量量子化学习目标学习目标:1 1、了解黑体辐射及其特性，感悟以实验为基础的、了解黑体辐射及其特性，感悟以实验为基础的科学方法科学方法 2 2、了解能量子的概念及提出过程，领会这一科、了解能量子的概念及提出过程，领会这一科学过程中科学家的思想学过程中科学家的思想 3 3、通过观察热辐射的强度与波长的关系图像，、通过观察热辐射的强度与波长的关系图像，培养观察能力培养观察能力 4 4、理解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，、理解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识体会量子论的建立深化了人们对物质世界的认识一、一、黑体辐射及其特点黑体

2、辐射及其特点1.1.热辐射热辐射由于分子热运动导致物体辐射电磁波由于分子热运动导致物体辐射电磁波温度不同时温度不同时 辐射的波长分布不同辐射的波长分布不同这种与温度有关这种与温度有关的辐射的辐射 称为称为热辐射热辐射热辐射热辐射 -热能转化为电磁能的过程热能转化为电磁能的过程固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K 一切物体都在辐射与物体温度有关一切物体都在辐射与物体温度有关的电磁波。的电磁波。2.2.对热辐射的初步认识对热辐射的初步认识任何物体任何温度均存在热辐射任何物体任何温度均存在热辐射温度温度 发射的能量发射的能量 电磁波的短波成分电磁

3、波的短波成分 如一个如一个20瓦的白炽灯和一个瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯瓦的白炽灯昏黄色昏黄色贼亮贼亮 刺眼刺眼直觉直觉:低温物体发出的是低温物体发出的是红外光，红外光，炽热物体发出的是炽热物体发出的是可可见光，见光，高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光紫外光注意：注意：热辐射与温度有关热辐射与温度有关 激光激光 日光灯发光是热辐射吗？日光灯发光是热辐射吗？能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体黑体3.3.3.3.黑体辐射实验规律黑体辐射实验规律黑体辐射实验规律黑体辐射实验

4、规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看可近似看作作黑体黑体。黑体模型黑体模型 研究黑体辐射的研究黑体辐射的规律是了解一般物体规律是了解一般物体热辐射性质的基础。热辐射性质的基础。黑体模型黑体模型空腔上的小孔空腔上的小孔炼钢炉上的小洞炼钢炉上的小洞向远处观察打开向远处观察打开的窗子的窗子近似黑体近似黑体实验装置实验装置T平行光管平行光管三棱镜三棱镜T0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K实验结果实验结果o实验值/m维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线12345678黑体辐射实验是物理学晴朗天空中

5、黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。一朵令人不安的乌云。(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克实验值实验值普朗克的能量子假说和黑体辐射公式普朗克的能量子假说和黑体辐射公式1.黑体辐射公式黑体辐射公式 普朗克普朗克在德国物理学会会议上提在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式出一个黑体辐射公式M.Planck 德国人德国人 185819472.2.能量子假说能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看辐射黑体分子、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，在这些状是这些谐振子只能

6、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具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为（称为能量子）的整数倍，即：能量子）的整数倍，即：,1,1,2,2,3,3,.n n.n n为正整数，称为为正整数，称为量子数。量子数。对于频率为对于频率为的谐振子最小能量为的谐振子最小能量为能量能量量子量子经典经典 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的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

7、失败而告终之后，他才复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信坚定地相信h h的引入确实反映了新理论的本质。的引入确实反映了新理论的本质。19181918年他荣获诺贝尔物理学奖年他荣获诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和他的墓碑上只刻着他的姓名和看下列一组照片能否给你一点启发看下列一组照片能否给你一点启发 19001900年年1212月月1414日，普朗克在柏林宣读了他关日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他他4242岁。普朗克把能量子引入物理学岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除正确地破除了了”能

8、量连续变化能量连续变化”的传统观念的传统观念,成为现代物理学成为现代物理学思想的基石之一思想的基石之一,为我们打开了量子之门为我们打开了量子之门,就在就在19001900年，一个名叫爱因斯坦年，一个名叫爱因斯坦(Albert(Albert Einstein)Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)(ETH)毕毕业，正在为将来的生活发愁。业，正在为将来的生活发愁。5 5年后他受量子化启年后他受量子化启发提出了光量子发提出了光量子,成功的解释了光电效应成功的解释了光电效应.能量量子化能量量子化:物理学的新纪元物理学的新纪元 就在那一年就在那一年,在丹麦，在丹

9、麦，1515岁的玻尔岁的玻尔(Niels Bohr)(Niels Bohr)正正在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。学习方在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。学习方面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天才，但是他的面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名。笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名。1313年后他提年后他提出了原子轨道量子化出了原子轨道量子化.德布罗意德布罗意(Louis de Broglie)(Louis de Broglie)当时当时8 8岁，还正在家里岁，还正在家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波接受良好的

10、幼年教育。后来他提出了物质波.再过再过1212个月，维尔兹堡个月，维尔兹堡(Wurzberg)(Wurzberg)的一位著名希腊的一位著名希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡(Werner Karl Heisenberg)(Werner Karl Heisenberg)呱呱坠地。呱呱坠地。以上人物都将在我们的课文中出现以上人物都将在我们的课文中出现.请同学们记住请同学们记住他们的名字他们的名字.能量量子化能量量子化:物理学的新纪元物理学的新纪元课堂练习课堂练习3.3.在白天在白天,对面楼房的窗户看上去是黑色的对面楼房的窗户看上去是黑色的,

11、而外墙而外墙面是亮的面是亮的.为什么为什么?1.1.请你填空请你填空:在做全国人口普查时我们关心的是在做全国人口普查时我们关心的是:现现在全国有几在全国有几_人人,班级小组长在数人数时常用班级小组长在数人数时常用:一一_,_,两两_;_;等等.4.4.光源发出的光能是一份一份的光源发出的光能是一份一份的,那么每份光能是怎那么每份光能是怎样传到你的眼睛里呢样传到你的眼睛里呢?是均匀分布在两只眼睛里？还是均匀分布在两只眼睛里？还是每份只传给一只眼睛上的某一处呢是每份只传给一只眼睛上的某一处呢?请你与同桌讨论一下请你与同桌讨论一下,说说你的猜想说说你的猜想.2.2.灯向外辐射的能量是最小能量的整数倍灯向外辐射的能量是最小能量的整数倍.那么红那么红光的最小能量比紫光的最小能量大还是小光的最小能量比紫光的最小能量大还是小?本节课的主要知识本节课的主要知识:微观粒子的微观粒子的运动是不连续的运动是不连续的,在发射和吸收能量的在发射和吸收能量的时候，不是连续的，而是一份一份的。时候，不是连续的，而是一份一份的。能量是能量是h 的整数倍。的整数倍。每份能量为每份能量为:E=hE=h