高中物理 17_1 能量量子化课件 新人教版选修3-5

1 能 量 量 子 化 1. 知 道 微 观 粒 子 的 能 量 是 不 连 续 变 化 的 。2. 知 道 能 量 量 子 化 是 研 究 微 观 世 界 的 基 本 观 点 。3. 知 道 能 量 子 的 概 念 。4. 会 用 =hv和 公 式 进 行 计 算 。 cv 学 习 目 标 首 先 介 绍 能 量 量 子 化 发 现 的 背 景 ， 并 利 用 铁 块 加 热 的 例 子 ， 让 学 生观 察 现 象 ， 引 出 新 课 热 辐 射 的 概 念 和 热 辐 射 的 现 象 ， 然 后 让 学 生 阅 读 教材 ， 并 引 出 黑 体 的 概 念 ， 同 时 展 示 黑 体 模 型 ， 并 引 导 学 生 阅 读 教 材 “ 黑体 辐 射 的 实 验 规 律 ” ， 通 过 课 件 展 示 讲 解 黑 体 辐 射 的 实 验 规 律 。 又 通 过“ 紫 外 灾 难 ” 无 法 用 已 有 理 论 解 释 黑 体 辐 射 的 规 律 ， 而 引 出 能 量 子 的 概念 ， 通 过 课 件 展 示 普 朗 克 的 能 量 子 假 说 和 黑 体 辐 射 公 式 。 本 节 知 识 对 学 生 来 说 ， 相 关 经 验 较 少 ， 理 解 起 来 有 一 定 困 难 。 比 如黑 体 辐 射 规 律 、 研 究 黑 体 和 理 想 黑 体 模 型 作 用 、 “ 紫 外 灾 难 ” 、 “ 量 子化 ” 和 “ 连 续 性 ” 等 问 题 都 是 学 生 先 前 没 有 接 触 过 的 。 因 此 在 学 生 预 习阅 读 的 基 础 上 以 教 师 的 生 动 讲 解 为 主 ， 在 讲 解 过 程 中 利 用 多 媒 体 投 影 ，以 生 活 中 的 实 物 粒 子 展 现 “ 连 续 性 ” 和 “ 量 子 化 ” 的 概 念 ， 同 时 教 师 要放 开 ， 让 学 生 自 己 总 结 所 学 内 容 ， 允 许 内 容 的 顺 序 不 同 ， 从 而 构 建 他 们自 己 的 知 识 框 架 ， 亲 自 实 践 参 与 知 识 的 发 现 过 程 是 培 养 学 生 能 力 的 关 键 。设 计 思 路 19 世 纪 末 ， 牛 顿 定 律 在 各 个 领 域 里 都 取 得 了 很 大 的 成功 ： 在 机 械 运 动 方 面 不 用 说 ， 在 分 子 物 理 方 面 ， 成 功 地 解释 了 温 度 、 压 强 、 气 体 的 内 能 。 在 电 磁 学 方 面 ， 建 立 了 一 个 能 推 断 一 切 电 磁 现 象 的。 另 外 还 找 到 了 力 、 电 、 光 、 声 等 都 遵 循 的 规 律 。 当 时 许 多 物 理 学 家 都 沉 醉 于 这 些 成 绩 和 胜 利 之 中 。 他们 认 为 物 理 学 已 经 发 展 到 尽 头 了 。知识链接 1900年 ， 在 英 国 皇 家 学 会 的 新 年 庆 祝 会 上 ， 物 理 学 家开 尔 文 勋 爵 作 了 展 望 新 世 纪 的 发 言 : 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：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 行 了 这两朵乌云是指什么呢？ 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命性的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。 在 火 炉 旁 边 有 什 么 感 觉 ？投 在 炉 中 的 铁 块 开 始 是 什 么 颜 色 ？ 过 一 会 又 是 什 么 颜 色 ？新 课 导 入 1. 概 念 ：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射。 例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红经橘红直到黄白色新 课 讲 授 2. 热 辐 射 的 原 因 ： 物 体 中 每 个 分 子 、 原 子 或 离 子 都 在 各自 平 衡 位 置 附 近 以 各 种 不 同 频 率 做 无 规 则 的 微 振 动 ， 每个 带 电 微 粒 的 振 动 都 会 产 生 变 化 的 电 磁 场 ， 从 而 向 外 辐射 各 种 波 长 的 电 磁 波 ， 形 成 连 续 的 电 磁 波 谱 。 3. 特 点 ： 辐 射 强 度 及 波 长 成 分 的 分 布 随 温 度 变 化 ； 随 着温 度 的 升 高 ， 电 磁 波 的 短 波 成 分 增 加 。注意： 激光、日光灯发光不是热辐射直觉: 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光4. 热 辐 射 的 主 要 成 分 ： 室 温 时 ， 主 要 成 分 是 波 长 较 长 的 电磁 波 ； 当 温 度 升 高 时 ， 波 长 较 短 的 电 磁 波 成 分 越 来 越 强 。 5. 热 平 衡 状 态 ： 物 体 的 温 度 恒 定 时 ， 物 体 所 吸 收 的 能 量等 于 在 同 一 时 间 内 辐 射 的 能 量 ， 这 时 得 到 的 辐 射 称 为 平衡 热 辐 射 。向 外 发 射 的 电 磁 波 能 量 = 从 外 界 吸 收 的 能 量 从远处观察打开的窗子近似黑色？想一想 物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。如果某种物体能够在任何温度下，对入射的任何波长的电磁波都完全吸收，而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 1. 黑 体 是 个 理 想 化 的 模 型 。 例 ： 开 孔 的 空 腔 ， 远 处 的 窗 口 等 可 近 似 看 作 黑 体 。 2. 对 于 黑 体 ， 在 相 同 温 度 下 的 辐 射 规 律 是 相 同 的 。3. 一 般 物 体 的 辐 射 与 温 度 、 材 料 的 种 类 及 表 面 状 况 有 关 ， 但 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 ， 因 而 反 映 了 某 种 具 有 普 遍 意 义 的 客 观 规 律 。请注意 1. 测量黑体辐射的实验原理图 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。（了解）特 点 ： 随 温 度 的 升 高 各 种 波 长 的 辐 射 强 度 都 在增 加 ； 绝 对 黑 体 的 温 度 升 高 时 ，辐 射 强 度 的 最 大 值 向 短波 方 向 移 动 。2. 辐射强度 解释实验曲线 一朵令人不安的乌云1) 维 恩 的 半 经 验 公 式 ：短 波 符 合 ， 长 波 不 符 合2) 瑞 利 金 斯 公 式 ：长 波 符 合 ， 短 波 荒 唐 紫 外 灾 难 M ,T 1. 辐 射 物 体 中 包 含 大 量 振 动 着 的 带 电 微 粒 ， 它 们 的 能 量 是 某 一 最 小 能 量 的 整 数 倍 ：2. 叫 能 量 子 ， 简 称 量 子 ， n 为 量 子 数 ， 它 只 取 正 整 数 能 量 量 子 化 ； 3. 谐 振 子 只 能 一 份 一 份 按 不 连 续 方 式 辐 射 或 吸 收 能 量 ；4. 对 于 频 率 为 的 谐 振 子 ， 最 小 能 量 为 ： h = 6.62610 34 Js 普朗克常量 1900 年 10 月19 日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式h = 6.62610 34 Js 322( ) 1h kThM T c e M ,T h = 6.62610 34 Js 322( ) 1h kThM T c e Planck 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 观 点 ， 提 出 了 能 量 子 、 物体 辐 射 或 吸 收 能 量 只 能 一 份 一 份 地 按 不 连 续 的 方 式 进 行 的 新观 点 。 这 不 仅 成 功 地 解 决 了 热 辐 射 中 的 难 题 ， 而 且 开 创 物 理学 研 究 新 局 面 ， 标 志 着 人 类 对 自 然 规 律 的 认 识 已 经 从 宏 观 领域 进 入 到 微 观 领 域 ， 为 量 子 力 学 的 诞 生 奠 定 了 基 础 。 1918年他 荣 获 诺 贝 尔 物 理 学 奖 。科学视野 既 然 灯 向 外 辐 射 的 光 能 是 分 立 的 ， 一 份 一 份 的 。 为 何 我 们 看 不 到 灯 的 亮 度 发 生 变 化 ？1. 在 宏 观 尺 度 内 研 究 物 体 的 运 动 时 我 们 可 以 认 为 ： 物 体 的运 动 是 连 续 的 ， 能 量 变 化 是 连 续 的 ， 不 必 考 虑 量 子 化 。2. 在 研 究 微 观 粒 子 时 必 需 考 虑 能 量 量 子 化 。？想一想 1. 热 辐 射 现 象 2. 黑 体 与 黑 体 辐 射 黑 体 ： 吸 收 而 不 反 射 电 磁 波3. 黑 体 辐 射 的 实 验 规 律 温 度 升 高 ， 辐 射 强 度 增 加 ， 强 度 的 极 大 值 向 波 长 较 短 的 方 向 移 动4. 能 量 子 ： 超 越 牛 顿 的 发 现5. 普 朗 克 能 量 子 理 论 成 功 解 释 黑 体 辐 射课 堂 总 结 1. 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ACD课 堂 测 试A+ 2. 炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理? 根 据 热 辐 射 的 规 律 可 知 ， 当 物 体 的 温 度 升 高 时 ， 热 辐射 中 较 短 波 长 的 成 分 越 来 越 强 ， 可 见 光 所 占 份 额 增 大 ， 温度 越 高 红 光 成 分 减 少 ， 频 率 比 红 光 大 的 其 他 颜 色 的 光 ， 为橙 、 黄 、 绿 、 蓝 、 紫 等 光 的 成 分 就 增 多 。 因 此 可 根 据 炉 内光 的 颜 色 大 致 估 计 炉 内 的 温 度 。 3. 对应于3.4l0 19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？解：根据公式 = h 和 = 得 ch = = 5.131014 H zcv = = 5.8510 7 m。