17.1第一节能量量子化.ppt
第十七章 波粒二象性 第一节 能量量子化,知识梳理图,【知识点】 1.黑体与黑体辐射;2.黑体辐射的实验规律;3.普朗克量子假说.,情景设置 在19世纪和20世纪之交,许多人陶醉于经典物理学的巨大成功之中,似乎完善的理论和技术的进步给人们这样一种感觉:物理学这座庄严雄伟动人心弦的美丽殿堂已经建成了. 为了对热辐射实验的解释及一系列有关的工作,普朗克将不连续性引入到物理学,提出了一个“离经叛道”的概念能量量子.打开了禁锢人们思想的枷锁,把人们带入了一个以量子论为标志的微观世界.,热辐射实验究竟是一个怎样的实验?它是怎样引起物理学中的巨大变革的呢?,深化探究 一黑体与黑体辐射 1.热辐射 (1)定义:物体在任何温度下,都会发射电磁波,温度不同,所发射的电磁波的频率和强度也不同,物理学中把这种现象叫做热辐射. 例如:太阳白炽灯中光的发射就属于热辐射. (2)特点:热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.,用实验来观察热辐射现象,可以发现热辐射的光谱是连续光谱,并且辐射光谱的性质与温度有关.在室温下,大多数物体辐射不可见的红外线,但当物体被加热到500左右时,开始发出暗红色的可见光.随着温度的不断上升,辉光逐渐亮起来,而且波长较短的辐射越来越多.大约在1500时就变成明亮的白炽光.这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量,在不同光谱区域的分布是不均匀的,而且温度越高光谱中能量最大的辐射相对应的频率也最高.此外,在实验中还发现:到一定温度下,不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同.,例如,将钢加热到约800时,就可以观察到明亮的红光,但在同一温度下,熔化的水晶却不辐射可见光,必须注意,热辐射不一定要高温,任何温度的物体都发出一定的热辐射.,2.黑体 (1)定义:如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是黑体. 实际上黑体只是一种理想情况,如在一个空腔壁上开一个很小的孔,那么入射小孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收,最终不能从空腔射出,这个小孔就形成一个绝对黑体,如图所示.,注意:黑体看上去不一定是黑色的,只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的;有些可看做黑体的物体,由于有较强的辐射,看起来还是很明亮,如太阳等一些发光物体也被当做黑体来处理. (2)黑体辐射的特点: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.,3.黑体辐射的规律 (1)黑体辐射的规律 19世纪末,物理学家从实验和理论两个方面研究了各种温度下的黑体辐射,测量了它们的黑体辐射强度按波长分布的情况,得出了如图所示的实验曲线.,黑体辐射的实验规律,注意:每一条曲线都有一个极大值,随着温度的升高,黑体的辐射强度迅速增大,并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.,(2)黑体辐射实验规律的解释. 维恩公式解释:1896年德国物理学家维恩(W.Wien)从热力学理论出发,得到一个公式,但它只是在短波部分与实验相符,而长波部分与实验存在明显的差异. 瑞利公式解释:1900年,英国物理学家瑞利(L.Ray Leigh)从经典电磁理论出发推导出一个公式,其预测结果在长波部分与实验吻合,在短波部分偏差较大,尤其在紫外线一端,当波长趋于0时,辐射本领将趋于无穷大,这种情况被人们称为“紫外灾难”.,(3)一般物体的热辐射和黑体辐射和吸收反射的特点,二能量量子化 1.普朗克的量子化假设 (1)能量子 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍.例如可能是2或3当带电微粒辐射和吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值叫做能量子.,(2)能量子公式=h 是电磁波的频率,h是一个常量,被称为普朗克常量,h=6.626×10-34 J·s. (3)能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化,只能取分立值,这种现象叫做能量的量子化.,2.量子化假设的实验证实 普朗克公式与实验结果比较,发现与实验结果“令人满意的相符”,比较图线如下图所示,曲线是根据普朗克的公式作出的,小圆代表实验值,普朗克的能量子假设使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响,普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征.,典例分析 一根据黑体辐射实验规律进行分析判断,例1:如图所示为T1T2温度时黑体辐射强度与波长的关系,则下列说法正确的是( ) A.T1T2 B.T1T2 C.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都减小 D.随着温度的升高,辐射强度的极大值向短波长方向移动,解析:由黑体辐射的实验规律可知,温度越高黑体辐射的各种波长的电磁波的强度都增大,故C选项错误,而A选项正确,黑体温度越高辐射强度的极大值向短波长方向移动,故D选项正确. 答案:AD,巩固练习: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,解析:根据热辐射的定义可知,A选项正确;根据热辐射和黑体辐射的特点和一般物体辐射电磁波的情况,除与温度有关外,还与材料的种类和表面状况有关,而黑体辐射只与温度有关,故B选项错误,C选项正确;根据黑体的定义可知D选项正确. 答案:ACD,二、应用能量子进行有关计算 例2:某红光的波长为6.35×10-7 m,求其能量子的值.(保留三位有效数字),答案:3.13×10-19 J,梯度练习 1.红橙黄绿四种单色光中,能量最小的是( ) A.红光 B.橙光 C.黄光 D.绿光 答案:A,2.以下宏观概念哪些是“量子化”的( ) A.人的身高 B.人的体重 C.物体的动量 D.班里学生个数 答案:D,3.对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是( ) A.以某一个最少能量值一份一份地辐射和吸收 B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量是量子化的 答案:ABD,4.人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时,只要每秒有6个绿光光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s,则人能察觉到绿光的最小功率是( ) A.2.3×10-18 W B.3.8×10-19 W C.7.0×10-10 W D.1.2×10-18 W,答案:A,5.神光“”装置是我国最大规模,国际上也是为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得2400 J,波长为0.35 m的紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则该紫外激光所含光子个数为多少?(保留两位有效数字,光速c=3.0×108 m/s),答案:4.2×1021个,6.炼钢工人通过观察炉内颜色,就可以估计出炉内温度,这是根据什么道理? 答案:黑体辐射与温度之间有着密切的关系,热辐射的光谱是连续的,辐射光谱的性质与温度有关,同一物体在不同温度下所辐射的能量,在不同光谱区域的分布是不均匀的,而温度越高,光谱中与能量最大值的辐射相对应的频率也越高,频率不同光的颜色是不同的.因此,炼钢工人就根据观察炉内颜色,可以估计炉内温度.,
