(精品)1　能量量子化 (2).pptx

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1、1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，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修补工作就后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。行了。”-开尔文开尔文-但是，就在上面提到的文章中他还讲到：但是，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，还有两朵令人不安但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，的乌云，-”这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？黑体辐射实验黑体辐射实验光的速度光的速度后来的事实

2、证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。普朗克量子力学的诞生普朗克量子力学的诞生相对论问世相对论问世这两朵乌云到底是什么回事呢？这两朵乌云到底是什么回事呢？经典力学经典力学量子力学量子力学相对论相对论微观领域微观领域高速领域高速领域思考与讨论1 1，在炉火旁边有什么感觉？，在炉火旁边有什么感觉？2 2，投在炉中的铁块一开始是，投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么什么颜色？过一会儿又是什么颜色？颜色？1、热辐射、热辐射:一切物体都在辐射电磁一切物体都在

3、辐射电磁波波,这种辐射与温度有关这种辐射与温度有关,故称为故称为热热辐射辐射1400 K800 K1000 K1200 K一般物体的热辐射一般物体的热辐射与温度、材料与温度、材料及表面状况有及表面状况有关。关。思考与讨论 一座建设中楼房还没有安装窗子，一座建设中楼房还没有安装窗子，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，尽管室内已粉刷，如果从远处观察，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，把窗内的亮度与楼外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？你会发现什么？为什么？2、黑体、黑体：如果某物体能够完全吸收入射各如果某物体能够完全吸收入射各种波长的电磁波而不发生反射，这物体称种波长的电磁波而不发生反射，这物体称为

4、为黑体黑体近似黑体近似黑体 研究黑体辐射是了解一般物体研究黑体辐射是了解一般物体热辐射性质的基础。热辐射性质的基础。黑体辐射黑体辐射只与温度有只与温度有关。关。24m1700K1500K1100K二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律实验结论实验结论:1.温度温度越高越高,辐射强度辐射强度越大越大2.与最大辐射强度对应的波长向与最大辐射强度对应的波长向短波短波方向移动方向移动辐射强度辐射强度1300K两两种种理理论论:维恩公式维恩公式:短波适合短波适合;长波不符合长波不符合瑞利公式瑞利公式:长波适合长波适合;短波

5、荒唐短波荒唐紫外灾难紫外灾难普朗克理论普朗克理论:在发射和吸收能量的时候，不在发射和吸收能量的时候，不是连续不断，而是分成是连续不断，而是分成一份一份一份一份的。能量是的。能量是h 的整数倍。的整数倍。最小能量为最小能量为:=h 是波的频率是波的频率 实验实验瑞利公式瑞利公式维恩公式维恩公式黑体辐射理论解释黑体辐射理论解释普朗克理论值普朗克理论值理论与实验符合的让人击掌理论与实验符合的让人击掌理论与实验符合的让人击掌理论与实验符合的让人击掌叫绝叫绝叫绝叫绝=h 不可再分的最小能量值不可再分的最小能量值叫做叫做能能量子量子3 3：能量：能量微观微观宏观宏观h=6.62610-34J.s能量子能量

6、子超越牛顿的发现超越牛顿的发现能量只能是最小能量值能量只能是最小能量值的整数倍，的整数倍，即：即：,1,2,3,.n.n为正整为正整数，称为数，称为量子数量子数1：什么叫能量子和量子数？：什么叫能量子和量子数？2：宏观和微观的能量区别：宏观和微观的能量区别连续连续分立的，量分立的，量子化的子化的思考与讨论1：能量子：能量子2：量子数：量子数看下列一组照片能否给你一点看下列一组照片能否给你一点启发启发2.既然灯向外辐射的光能是分既然灯向外辐射的光能是分立的，一份份的。立的，一份份的。为何我们看为何我们看不到灯的亮度发生变化？不到灯的亮度发生变化？2.在宏观尺度内我们可以认为：在宏观尺度内我们可以

7、认为：能量变化是连续的能量变化是连续的,不必考虑量子不必考虑量子化化在研究微观粒子时必需考虑能在研究微观粒子时必需考虑能量量子化量量子化1.结合教科书上的例子及生活实结合教科书上的例子及生活实例说说你心中的连续性与量子化例说说你心中的连续性与量子化有什么区别？有什么区别？1.如果我们用苹果的密度乘以箱子如果我们用苹果的密度乘以箱子的体积（用连续性的观点处理），的体积（用连续性的观点处理），其重量会大于实际重量，我们只其重量会大于实际重量，我们只有把苹果想成量子化的，才能与有把苹果想成量子化的，才能与实际吻合。实际吻合。思考与讨论 微观世界的某些规律，微观世界的某些规律，在我们宏观世弄看来可在我

8、们宏观世弄看来可能非常奇怪。能非常奇怪。这这不不仅仅成成功功地地解解决决了了热热辐辐射射中中的的难难题题，而而且且开开创创物物理理学学研研究究新新局局面面，标标志志着着人人类类对对自自然然规规律律的的认认识识已已经经从从从从宏宏观观领领域域进进入入微微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收普朗克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点，的能量可以为任意值的旧点，意义：意义：提出了提出了能量量子化、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不能量量子化、物体辐射或吸收能量只能一份一份地

9、按不连续的方式进行的新观点连续的方式进行的新观点例例1、氦、氦氖激光器发出波长为氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为时，每秒发出的光子数为()A2.21015B3.21015C2.21014D3.21014例例1、氦、氦氖激光器发出波长为氖激光器发出波长为633nm的激光，当激光器的输出功率为的激光，当激光器的输出功率为1mW时，每秒发出的光子数为时，每秒发出的光子数为()A2.21015B3.21015C2.21014D3.21014答案：答案：B解析：一个光子能量为：解析：一个光子能量为：每秒发出的光子数为每秒发出

10、的光子数为个个24m1700K1500K1100K1300K辐射强度辐射强度例例2、黑体辐射的实验规律如图、黑体辐射的实验规律如图,由图可知由图可知()A随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动温度越高温度越高,辐射强辐射强度越大度越大ACD温温度度越越高高最最大大辐辐射射强强度度对对应的

11、波长向短波方向移动应的波长向短波方向移动知识巩固知识巩固1 1、（多选）下列叙述正确的是、（多选）下列叙述正确的是 ()A A一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波B B一般物体辐射电磁波的情况只与一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关温度有关C C黑体辐射电磁波的强度按波长的黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关分布只与黑体温度有关D D黑体能够完全吸收入射的各种波黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波长的电磁波根据热辐射的定义根据热辐射的定义一般物体辐射与温度、材料和一般物体辐射与温度、材料和表面状况有关表面状况有关黑体辐射只与黑体的温度有关黑体辐射只与黑体的温度有关ACD根

12、据黑体的定义根据黑体的定义2关于对黑体的认识，下列说法正确的是关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的上去是黑的B黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射射

13、入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体成了一个黑体黑体自身辐射电磁波，不一黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的定是黑的C黑体辐射只与温度有黑体辐射只与温度有关关小孔只吸收电磁波，不反射电小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，磁波，小孔小孔成了一个成了一个黑体黑体，空空腔腔不是黑体不是黑体3 3红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是红、橙、黄、绿四种单色光中，光子能量最小的是()A A红光红光B B橙光橙光C C黄光黄光 D D绿光绿光A A由由红光的频率最小红光的频率最小红光光子能量最小红光光子能量最小解析：解析

14、：微观粒子在发射和吸收能量的时候，不是连续的，而是一份一份的。微观粒子在发射和吸收能量的时候，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:=h课堂小结课堂小结:能量子能量子微观微观宏观宏观连续连续分立的，量分立的，量子化的子化的量子化的观点量子化的观点黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？误之争就此平息了吗？物理难题：物理难题：1888年，霍瓦年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电金属板被紫外光照射会放电。近近10年以后，年以后，1897年年，J.Thomson发现了电子发现了电子，此时，此时，人们认识到那就是从金人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应相应的效应叫做光电效应。人们本着对。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？现什么结果？