1 能量量子化 (5)
能量的量子化
能量的量子化
能量的量子化是指能量在某些情况下只能取离散的值，而不能取任意值。
这种现象是由于能量与波长之间存在一个固定的关系，即普朗克
常数h。
根据这个关系，能量E等于普朗克常数h乘以频率f，即
E=h*f。
这个公式表明，当频率f取某些特定值时，能量E只能取相应的离散值。
这些特定的频率被称为共振频率，对应的能量被称为共振能级。
在这些共振能级之间，能量是连续变化的。
例如，在氢原子中，电子围绕原子核运动时会发射或吸收光子。
当电
子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，会发射出一定波长的
光子；当电子从一个较低的能级跃迁到一个较高的能级时，则会吸收
一定波长的光子。
这些波长与氢原子中电子所处的不同共振能级有关。
除了氢原子外，其他原子、分子和凝聚态物质也存在着类似于氢原子
中电子跃迁现象。
因此，在研究这些物质的能级结构、光谱等方面，
能量的量子化是一个非常重要的概念。
总之，能量的量子化是指在某些情况下，能量只能取离散的值，而不
能取任意值。
这种现象是由于能量与波长之间存在一个固定的关系，
即普朗克常数h。
在氢原子和其他物质中，能量的量子化对于研究其能级结构、光谱等方面具有重要意义。
1能量量子化-人教版选修3-5教案
能量量子化-人教版选修3-5教案一、教学目标1.了解能量量子化的基本概念，理解能量量子化和发射光电效应的关系；2.掌握布拉格衍射及其原理；3.理解基础粒子、玻尔模型的发展和量子力学的诞生过程。
二、教学重点1.能量量子化的基本概念；2.布拉格衍射及其应用。
三、教学难点1.理解量子化现象的产生原因；2.掌握布拉格衍射的原理及其应用。
四、教学过程第一部分课堂讲授1.能量量子化的基本概念•讲解能量量子化的内容，通过实验解释其产生原因；•介绍能量量子化现象的类别及其物理意义；•告诉学生能量量子化和发射光电效应的关系。
2.布拉格衍射及其应用•介绍布拉格衍射的原理；•讲解Bragg方程中各个符号的含义；•分析布拉格衍射如何用于材料的结构分析。
3.量子力学的发展过程•介绍原子模型的发展历程；•讲解玻尔模型及其不足；•介绍量子力学的基本假设、基本概念和基本方法。
第二部分实验演示1.实验一：测量镁的工作函数由于能量量子化现象的存在，通过测量光电子对应波长的最大能量及其波长，可以求出金属的工作函数，并验证光电效应定律。
该实验重点是实验操作，孩子们需要通过实验观察、测量、计算等方法，确定镁的工作函数值。
2.实验二：布拉格衍射•通过实验观察，让学生了解布拉格衍射现象；•引导孩子们测量、计算布拉格衍射角度。
第三部分课堂讨论1.学生小组分发题卡，提供相关问题，小组内讨论并给出答案，分享给全班。
2.教师对本节课的重点进行复述。
五、作业布置1.回答题卡上的习题；2.总结本节课学到的知识点。
六、教学评估1.课堂表现评估；2.课后作业评估；3.知识总结评估。
七、教学反思通过本节课的讲解、实验演示和课堂讨论，学生对能量量子化、布拉格衍射等基本概念有了更深刻的认识。
而且实验演示的操作使学生体验到物理实验的过程，培养了他们的实践操作能力。
在教学中，应注重实验与理论的结合，提高学生的物理实验能力，增加科学实验的趣味性，同时也提升了学习的效果。
人教版高二物理选修3-5 17.1 能量量子化
一、黑体与黑体辐射（量子力学的萌芽）
1．热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有 关，所以叫热辐射。 (2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
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，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射的特征：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)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如 图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发 生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
类型二
3、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温
度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是
(D )
解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越 大，故AC错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要 以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光 以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确。
二、黑体辐射的实验规律
1、黑体辐射的实验规律
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，如图所示。 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 (2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值 向波长较短的方向移动。
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体 温度，这是根据黑体辐射与温度有关
四、爱因斯坦的光子
光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不
第十七章 1 能量量子化
辐射电磁波的强度按波长的
分布只与黑体的温度有关
完全吸收各种入射电磁波,不
反射
典题例解
【例 1】 (多选)下列叙述中正确的是(
)
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,A 正确;根据热辐射和黑体辐射的特点
答案:A
ε=hν=h
黑体温度的计算方法
知识链接
自然界中的物体由于具有一定的温度,会不断向外辐射电磁波,
这种辐射因与温度有关,称为热辐射。热辐射具有如下特点:(1)辐射
的能量中包含各种波长的电磁波;(2)物体温度越高,单位时间从物体
表面单位面积上辐射的能量越大;(3)在辐射的总能量中,各种波长所
3.黑体辐射实验规律的理论解释
(1)维恩公式解释:1896 年,德国物理学家维恩从热力学理论出
发,得到了一个公式,但它只是在短波部分与实验非常接近,而在长波
部分与实验存在明显的差异(如图所示)。
辐射强度与波长的关系
(2)瑞利公式解释:1900 年,英国物理学家瑞利从经典电磁理论
出发推导出一个公式,其预测结果如图所示,在长波部分与实验吻合,
17、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。上午1时44分35秒上午1时44分01:44:3521.8.30
You have to believe in yourself. That's the secret of success. 人必须相信自己，这是成功的秘诀。
2.黑体辐射实验规律的理论解释
量子力学主要知识点复习资料
大学量子力学主要知识点复习资料，填空及问答部分1能量量子化辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。
这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量ε 的整数倍εεεεεn ,,4,3,2,⋅⋅⋅ 对频率为ν 的谐振子, 最小能量ε为: νh =ε2.波粒二象性波粒二象性（wave-particle duality ）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。
波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。
在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。
前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。
1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。
根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。
德布罗意公式h νmc E ==2λhm p ==v3.波函数及其物理意义在量子力学中，引入一个物理量：波函数 ，来描述粒子所具有的波粒二象性。
波函数满足薛定格波动方程0),()](2[),(22=-∇+∂∂t r r V mt r t i ρρηρηψψ 粒子的波动性可以用波函数来表示，其中，振幅表示波动在空间一点(x ,y,z )上的强弱。
所以，应该表示 粒子出现在点(x,y,z )附件的概率大小的一个量。
从这个意义出发，可将粒子的波函数称为概率波。
自由粒子的波函数)](exp[Et r p i A k -⋅=ψ=ψρρη波函数的性质：可积性，归一化，单值性，连续性 4. 波函数的归一化及其物理意义常数因子不确定性设C 是一个常数，则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。
相位不定性如果常数 ，则 和 对粒子在点(x,y,z )附件出现概率的描述是相同的。
能量量子化 课件
结论： 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
新的物理难题：
1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电 的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后， 1897年，J.Thomson发现了电子 ，此时，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。
谐振子只能以这个最小能量值为单位， 一份一份按不连续方式辐射或吸收能量。
M 0 (T )
实验值
普朗克的黑体辐射公式
普 朗
克
普朗克 线
1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
关于连续与分立（量子化）
以下宏观概念中，哪些是量子化的？ A.物体的长度 B.物体所受的重力 C.物体的动能 D.人的个数
物理学的发展阶段
时期 发展阶段 主要研究方法及特点 17世纪以前 经验物理 直觉观察与哲学的猜想思辨
17世纪初至 经典物理 观察实验和严密的数学推导 19世纪末
20世纪初至 现代物理 研究对象由低速到高速、由
今
宏观到微观，物理学思想
产生重大变革
1900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 作了展望新世纪的发言:“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。”......
变化的最小份额称为量子。量子化是微观体系 基本的运动规律之一，它与经典力学是不相容的。
能量量子化的意义：
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。
第5节 能量量子化
第5节能量量子化核心素养物理观念科学思维科学探究1.了解黑体辐射和能量子的概念。
2.了解黑体辐射的实验规律。
3.知道能量子。
4.了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。
5.会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量。
1.了解黑体辐射、一般辐射的特点。
2.理解能量量子化、轨道量子化，初步了解量子理论。
1.探究黑体辐射的实验规律。
2.探究量子理论形成的原因。
知识点一热辐射[观图助学]晒太阳使身体变暖，是通过什么方式改变人体内能的？冬天在火炉旁烤手是通过什么方式改变人体内能的？1.热辐射(1)定义：周围的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不同而有所不同。
2.黑体(1)定义：某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
(2)黑体辐射特点：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。
[思考判断](1)热辐射只能产生于高温物体。
(×)(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。
(√)(3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。
(√)(4)黑体是一种客观存在的物质。
(×)知识点二能量子1.定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或吸收能量时，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ε叫作能量子。
2.能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。
h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
3.能量的量子化：普朗克的假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续(分立)的。
爱因斯坦把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。
13-5 能量量子化(人教版2019必修第三册)
第十三章电磁感应与电磁波初步13.5:能量量子化一：知识精讲归纳一、热辐射能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h＝6.63×10－34J·s，ν为电磁波的频率．(2)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，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离．2．爱因斯坦的光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强．3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射．二、能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s.3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称作光子．三、能级原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差.二：考点题型归纳考点一：热辐射、黑体和黑体辐射1．（2021·江苏常州·高二月考）下列说法中正确的是（）A．爱因斯坦第一个提出能量子的概念B．黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关C．物体的长度是量子化的D．温度升高，物体辐射的紫光增强，辐射的红光减弱2．（2021·浙江·诸暨中学高二期中）关于黑体辐射，下列说法正确的是（）A．一切物体只有在吸收电磁波的同时才会辐射电磁波B．黑体在不断的辐射电磁波，且温度越高最强辐射波的波长越长C．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，因此肉眼看不到黑体D．黑体辐射电磁波的能量是不连续的，而是某个能量值的整数倍3．（2021·江苏省苏州实验中学高二期中）以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是（）A．物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波B．当铁块呈现黑色时，说明它的温度不太高C．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光波长最长D．早、晚时分太阳呈现红色，而中午时分呈现白色，说明中午时分太阳温度最高考点二：黑体辐射的实验规律4．（2021·江苏·苏州新草桥中学高二开学考试）如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（）A．T1>T2B．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有关C．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律D．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和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体5．（2021·全国·高二课时练习）热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。
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瓜州县第一中学 罗建军
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言:
“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。”
--开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈 只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点 后面在加几位罢了！
能量量子化:物理学的新纪元
就在那一年,在丹麦，15岁的玻尔(Niels Bohr) 正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，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全 校有名。13年后他提出了原子轨道量子化.
德布罗意(Louis de Broglie)当时8岁，还正在 家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波.
2.在白天,对面楼房的窗户看上去是黑色的,而外墙 面是亮的.为什么?
本节课的主要知识: 微观粒子的运动 是不连续的, 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
h 的整数倍。
每份能量为: ε=hν
h 6.6261034 J s
谢谢！
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性 质的基础。
黑体模型
黑体模型 空腔上的小孔
向远处观察打开 的窗子 近似黑体
形体平 状的衡 无温态 关度时
,
与 构
黑 体
成辐
黑射
体只
的依
材赖
料于
物
3.黑体辐射:
实验结论: 1.温度越高,辐射能越大; 2.与最大辐射能对应的波长向短波 方向移动
1700K
1500K 1300K 1100K
ν 是波的频率
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
M 0 (T )
实验值 灾 难
线
瑞利--金斯线
维恩线
o1 2 3 4 5
6 78
/μm
能量子 超越牛顿的发现
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。但是 这些谐振子只能处于某些分立 的状态，在这些状态中，谐振 子的能量并不象经典物理学所 允许的可具有任意值。相应的 能量是某一最小能量ε（称为 能量子）的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n为正整数，称 为量子数。
黑体辐射(二)
两种 维恩公式: 短波适合;长波不符合 理论: 瑞利公式: 长波适合;短波荒唐 紫外灾难
M 0 (,T )
实验
普朗克理论值
瑞利公式 维恩公式
普朗克理论 :
在发射和吸收能量的时 候，不是连续不断，而是 分成一份一份的。能量是
h 的整数倍。
最小能量为: E=hν
h 6.6261034 J s
黑体与 黑体辐射
1. 热辐射现象 实验:加热铁
任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波 的本领。一般物体辐射能量与T有关;还与材料.表面 积有关
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长
的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
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：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令 人不安的乌云，----”
这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，
另一朵与迈克尔逊实验有关。
然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第 一朵乌云中降生了量子论，紧接着
(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。 经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学 发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓 “山重水复疑无路, 柳暗花明又一村
能量
经典 量子
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
问题与结论
问题: 既然灯向外辐射的光能是分立的，一 份份的。 为何我们看不到灯的亮度发生变化？
结论： 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
800K
1000K
1200K
1400K
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
注意： 热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射
2. 黑体辐射实验规律
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。简称黑体
不透明的材料制成带小孔的空腔,可近似看作 黑体。
再过12个月，维尔兹堡(Wurzberg)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(Werner Karl Heisenberg)呱呱坠地。
以上人物都将在我们的课文中出现.请同学们 记住他们的名字.
课堂练习
1.灯向外辐射的能量是最小能量的整数倍.那么红 光的最小能量比紫光的最小能量大还是小?
看下列一组照片能否给你一点启发
三、能量子 超越牛顿的发现
微观世界的 某些规律，在我 们宏观世弄看来 可能非常奇怪。
能量量子化:物理学的新纪元
1900年12月14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 一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确 地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现 代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之 门, 就在1900年，一个名叫爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH) 毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量 子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效 应.