物理 第五章 经典力学与物理学的革命 第3节 量子化现象 粤教版必修2 .ppt

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1、5.3 量子化现象量子化现象1.1.黑体：黑体：黑体：黑体：如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体。射，这种物体就叫做黑体。2.2.黑体辐射：黑体辐射：黑体辐射：黑体辐射：黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括包括可见光和不可见光可见光和不可见光)。黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释。黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释。一一.黑体辐射：能量子假说的提出黑体辐射：能量子假说的提出3.3.能量子假说：能量子假说：能量子假说：能量子假说：所所谓谓能能

2、量量子子就就是是能能量量的的最最小小单单元元。微微观观领领域域里里能能量量的的变变化化总总表表现现为为电电磁磁波波的的辐辐射射与与吸吸收收，不不同同频频率率的的电电磁磁波波其其能能量量子的值不同，表达式为：子的值不同，表达式为：E=E=hh 其其中中，是是电电磁磁波波的的频频率率，h是是一一个个普普遍遍适适用用的的常常量量，称称作作普朗克常量普朗克常量普朗克常量普朗克常量。由实验测得。由实验测得h 6.631034Js。4.4.能量的量子化能量的量子化能量的量子化能量的量子化 在在微微观观领领域域里里能能量量的的不不连连续续变变化化，即即只只能能取取分分立立值值的的现现象，叫做能量的量子化。象

3、，叫做能量的量子化。普普普普朗朗朗朗克克克克的的的的能能能能量量量量子子子子假假假假说说说说不不不不仅仅仅仅解解解解决决决决了了了了黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射的的的的理理理理论论论论困困困困难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。实验实验高压电源高压电源锌板锌板铜网铜网弧光灯弧光灯灵敏电流计灵敏电流计紫光照射时电流计指针发生偏转紫光照射时电流计指针发生偏转指针偏转光电效应光电效应1 1 定义：定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象在光的照射下，物体表面发出电子的现象 叫做光电效应。发射出来

4、的电子叫光电子。叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。一、光电效应一、光电效应光电效应光电效应1 1 定义：定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象在光的照射下，物体表面发出电子的现象 叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。猜想猜想:具备哪些条件才可能发发生光电效应规律具备哪些条件才可能发发生光电效应规律,要发生与哪些因素有关要发生与哪些因素有关?一、光电效应一、光电效应1 1）与光的强度有关吗）与光的强度有关吗?2 2）与光的颜色即与光的频率有关吗？）与光的颜色即与光的频率有关吗？3 3）与光照射时间有关吗？）与光照射时间有关吗？4 4）与被照射的材料

5、有关吗？）与被照射的材料有关吗？2 2 光电效应规律光电效应规律 1 1）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过）光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10109 9s.s.2 2）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光）任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光 频率，叫做频率，叫做极限频率极限频率3 3）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，）光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射光强度无关。而与入射光强度无关。4 4）光电流强度与入射光的强度成正比）光电流强度与入射光的强度成正比得出结论得出结论:光电效应的发生与否光电效应的发生与否,与光的强弱无关与光的强弱无关,

6、与照射时间与照射时间 的长短无关的长短无关,与光的频率、金属材料的种类有关与光的频率、金属材料的种类有关。思考思考为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？回想回想一下光的波一下光的波动理论是怎动理论是怎样描述光的样描述光的能量的呢？能量的呢？1 1、波动理论无法解释极限频率、波动理论无法解释极限频率2 2、光电子最大初动能的大小应与光强有关，与、光电子最大初动能的大小应与光强有关，与 频率无关频率无关 波动理论在解释光电效应时的矛盾波动理论在解释光电效应时的矛盾3 3、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时

7、发生光光的的波波动动理理论论在在解解释释光光电电效效应应时时遇遇到到了了巨巨大大的的困困难难。后后来来，爱爱因因斯斯坦坦在在普普朗朗克克量量子子化化理理论论的的启启发发下下，提提出出了了光光子子学学说说普朗克普朗克爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说爱因斯坦在爱因斯坦在19051905年提出，在空间中传播年提出，在空间中传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子份叫做一个光量子，简称光子光子的能量和频率成正比：光子的能量和频率成正比：二二.光的波粒二象性：光的本性的揭示光的波粒二象性：光的本性的揭示结论：结论：结论：结论：光既具有波的特性

8、又具有粒子的特性。光既具有波的特性又具有粒子的特性。这就是光的这就是光的波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性。在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性。表现为粒子性。1.光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性波动性波动性波动性；2.光电效应现象说明光具有光电效应现象说明光具有粒子性粒子性粒子性粒子性。三三.原子光谱：原子能量的不连续原子光谱：原子能量的不连续2.2.原子光谱的解释：原子光谱的解释：原子光谱的解释：

9、原子光谱的解释：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，当原子从一种原子只能处于一系列不连续的能量状态中，当原子从一种能量状态变化到另一能量状态时，辐射（或吸收）一定频率的能量状态变化到另一能量状态时，辐射（或吸收）一定频率的光子，辐射（或吸收）的光子的能量是不连续的。光子，辐射（或吸收）的光子的能量是不连续的。1.1.经典理论与实验的矛盾经典理论与实验的矛盾经典理论与实验的矛盾经典理论与实验的矛盾经典理论：能量是连续变化的，原子发光的光谱是连续谱。经典理论：能量是连续变化的，原子发光的光谱是连续谱。实验结论：原子发光的光谱是不连续的线状谱实验结论：原子发光的光谱是不连续的线状谱原子光谱。原子光谱。原子光谱。原子光谱。结论：结论：结论：结论：量子化现象是微观世界的普遍现象，这与经典量子化现象是微观世界的普遍现象，这与经典理论产生尖锐矛盾。这暴露了经典物理学的局限性理论产生尖锐矛盾。这暴露了经典物理学的局限性（宏观、低速）。从而引发了物理学的革命（宏观、低速）。从而引发了物理学的革命量量子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入子论的建立，使人类对物质的认识由宏观世界进入微观领域。微观领域。