物理学_能量量子化.ppt
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课件2：13.5 能量量子化
假设的意义，他把能量子假设进行了推
广，认为电磁场本身就是不连续的。也
就是说，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。这些能量
子后来被叫作光子。
15
微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能
量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级（energy level）。
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，
乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
3
迈克尔逊-
黑体辐射实验
莫雷实验
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
微观领域
量子力学
高速领域
相对论
经典力学
4
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，所以叫作热辐射。
C．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
解析：
由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射
强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变
化都将反过来，故A、C、D正确，B错误。
电磁波的辐射和吸收
(1)比较辐射、吸收首先要分清是黑体还是一般物体。
已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不
了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选
项中，推理判断比例系数k的值可能为( B )
ℎ
A.
2
C.2he
B.
2
ℎ
D.
1
2ℎ
3. (多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研
广，认为电磁场本身就是不连续的。也
就是说，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。这些能量
子后来被叫作光子。
15
微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能
量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级（energy level）。
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，
乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
3
迈克尔逊-
黑体辐射实验
莫雷实验
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
微观领域
量子力学
高速领域
相对论
经典力学
4
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，所以叫作热辐射。
C．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
解析：
由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射
强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变
化都将反过来，故A、C、D正确，B错误。
电磁波的辐射和吸收
(1)比较辐射、吸收首先要分清是黑体还是一般物体。
已知比例系数k仅与元电荷e的2倍和普朗克常量h有关。你可能不
了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选
项中，推理判断比例系数k的值可能为( B )
ℎ
A.
2
C.2he
B.
2
ℎ
D.
1
2ℎ
3. (多选)对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研
13-5 能量量子化 课件 -高二上学期物理人教版(2019)必修第三册
辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，普朗克提出：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。
例如，可能是ε、2ε、 3ε……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。
这个不可再分的能量值 ε 叫做能量子。
普
能量
朗
克
微观粒子的能量是量子化的，是不连续的。
三、能级
1.微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。
这些量子化的能量值叫作能级。
2.原子处于最低能量状态时是最稳定的；处于较高 能量状态时不稳定。
n
E/eV
∞ －－－－－－ 0 eV
3.原子
4
-0.85
从高能态向低能态跃迁，放出光子能量；
电子
3
-1.51
从低能态向高能态跃迁，吸收光子能量。
4.热辐射与温度、材料种类及表面形状有关。
除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。
5.如果某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，这物体称为黑体。（不一定是黑色的）
6.黑体辐射规律 （1）黑体不反射电磁波，但可以向 外辐射电磁波，强度按波长的分布只 与它的温度有关。 （2）温度升高，各种波长的辐射强 度都有增加。 （3）温度升高，辐射强度的极大值 向波长较短的方向移动。
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，这些能量子后来被叫做光 子，频率为 v 的光，其光子为
hv
hv
宏观 微观 连续 量子化
例2.(多选)关于对能量子的认识,下列说法正确的是( BC )
A.振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值 ε B.带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍 C.能量子与电磁波的频率成正比 D.这一假说与现实世界相矛盾,因而是错误的
《能量量子化》PPT优质课件
(√ )
2．所谓黑体是指能全部吸收入射的电磁波而不发生反射的物
体。显然，自然界不存在真正的黑体，但许多物体在某些波段上可
近似地看成黑体。如图所示，用不透明的材料制成的带小孔的空腔，
可近似地看作黑体。这是利用了
(
)
A．控制变量法
B．比值法
C．类比法
D．理想化方法
D
[黑体实际上是一种物理模型，把实际物体近似看作黑体，
在室温下，辐射的主要成
分是波长较长的电磁波
在电磁波
2.温度升高，辐射强度增大，同时辐射电磁波的频率和波长也在变化。
热辐射
1.热辐射: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.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。当温度升高时,
物理学家只要做一些零碎的修补工
作就行了。
但是，在物理学晴朗天空的远处
，还有两朵令人不安的乌云。
威廉·汤姆孙开尔文
引入
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。
量子论
相对论
热辐射
在炉火旁边有什么感觉？
冬天会感觉到很暖和，
因为炉火在辐射能量
热辐射现象：一切物体在任何温度下都在辐射电磁波，这种辐射与物
(2)能量子公式: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
能量量子化。
能量子
2.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
能量量子化课件
(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1 500℃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
(3)一般物体的热辐射和黑体辐射及其吸收、反射的特点
热辐射特点
吸收、反射特点
辐射电磁波的情况与温 既吸收、又反射．其
一般
度有关，与材料的种类 他能力与材料种类及
物体
及表面状态有关
入射波长等因素有关
辐射电磁波的强度按波 完全吸收各种入射电
黑体 长分布只与黑体的温度 磁波，不反射
有关
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ε的整数 倍．例如可能是ε、2ε或3ε……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ε叫做能量子．
黑体辐射的实验规律ຫໍສະໝຸດ 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．
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． ①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． ②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”．
新教材高中物理第13章电磁感应与电磁波初步5能量量子化课件新人教版必修第三册
A．2×1015 C．2×1017
B．2×1016 D．2×1023
(C)
解析：设离灯10 m远处每平方米面积上每秒灯照射的能量为E0，则 有E0＝41π0R02；设穿过的光子数为n，则有：nhcλ＝E0；解得：n＝Eh0cλ，代 入数据，得：n≈2.4×10
C．7.0×10－10 W
D．1.2×10－18 W
思路引导：解决此类题目的关键是熟练掌握ε＝hν和c＝λν及E＝Pt＝ nε等关系式。
解析：每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收到 最小功率为
P＝6htλc＝6×6.63×531001×－341×0－39×108W≈ 2.3×10－18 W。
第十三章 电磁感应与电磁波初步
5．能量量子化
目标体系构建 课前预习反馈 课内互动探究 核心素养提升 课堂达标检测
目标体系构建
【学习目标】
1．知道热辐射、黑体辐射的概念。 2．了解普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。 3．了解原子能级及能级跃迁规律。
【思维脉络】
课前预习反馈
知识点 1 热辐射
射认识，下列说法中正确的是
( B)
A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波
B．温度越高，物体辐射的电磁波越强
C．辐射电磁波的情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状
况无关
D． 常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色
解析：一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电 磁波越强，A错误，B正确；辐射电磁波的情况与物体的温度有关，与材 料种类及表面状况也有关，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光 的颜色，D错误。
解析：一切物体都在不停地向外辐射红外线，不同物体辐射出来的 红外线不同，采用“红外夜视仪”可以清楚地分辨出物体的形状、大小 和位置，不受白天和夜晚的影响，即可确认出目标从而采取有效的行 动。故只有B项正确。
13.5能量量子化—【新教材】人教版(2019)人教版高中物理必修第三册课件
知道能量子和普朗克常量。
利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光,已知普朗 我国的神光“Ⅱ”装置是国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.
一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
能量子与电磁波的频率成正比
克常量h=6.63×10 J·s,则该紫外激光所含光子数为多少个?(保留2位 定义:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作_____。
答案:4.2×1021个 (3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之___。
能量子公式:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为普朗克常量。
(2)把原子从一个能级变化到另一个能级的过程叫作_____。
(3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,普朗克常量。
-34
知道能量子和普朗克常量。
氢 原子光谱：分立的线状谱
有效数字) 最后他不得不承认：微观世界的某些规律在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强
(1)定义:能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
答案:BC
三、能级
氢 原子光谱：分立的线状谱
1.定义:原子的能量是量子化的,这些量子化的能量值叫作_能__级__。
一切物体都在辐射电磁波 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 一切物体均在不停地辐射红外线
2.能级跃迁: 振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值ε
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。 (3)处于高能级的原子,自发地向低能级跃迁时_____光子,原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量,等于前后两个能级之___。
量子物理物理课件.ppt
思考:(1)观察‘光电效应’时能否见到康普顿效应？
1927年获诺贝尔奖
例：波长为 2.0A0 的X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04％。求： (1)该光子的散射角 (2) 反冲电子的动能
解：（1）
解出
(2)
0.04%
第 25 章 玻尔的原子量子理论
§25—1 氢原子光谱的实验规律
2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,
3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍。
)
1,2,
(n
2
L
h
=
p
=
=
h
n
n
L
h
E
E
k
n
-
=
n
其频率为
＋
－
E E3 E2 E1
1913发表‘论原子分子结构’
E1 , E2 , E3 …… En （定态）
2、量子理论的成功：
光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变。
解释实验现象（ 有 、 ’, ’> ）
光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子
n
=
=
l
c
cT
如何解释实验规律？
n
=
l
c
频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流
一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）
严重的问题：
原子的稳定性问题？
原子分立的线状光谱？
)
1
1
(
2
2
n
k
Rc
-
=
n
广义的巴尔末公式
2
2
n
1927年获诺贝尔奖
例：波长为 2.0A0 的X射线射到碳块上，由于康普顿 散射 ，频率改变 0.04％。求： (1)该光子的散射角 (2) 反冲电子的动能
解：（1）
解出
(2)
0.04%
第 25 章 玻尔的原子量子理论
§25—1 氢原子光谱的实验规律
2、频率跃迁假设：当原子能级 跃迁时，才发射（或吸收）光子,
3、量子化条件：稳态时电子角动量应等于 的整数倍。
)
1,2,
(n
2
L
h
=
p
=
=
h
n
n
L
h
E
E
k
n
-
=
n
其频率为
＋
－
E E3 E2 E1
1913发表‘论原子分子结构’
E1 , E2 , E3 …… En （定态）
2、量子理论的成功：
光子与束缚电子作弹性碰撞时，不改变能量，故 不变 ， 不变。
解释实验现象（ 有 、 ’, ’> ）
光子与自由电子作弹性碰撞时，要传 一 部分能量给 电子
n
=
=
l
c
cT
如何解释实验规律？
n
=
l
c
频率为 的 X射线，是 能量为 = h 的光子流
一、卢瑟福原子模型（原子的有核模型）
严重的问题：
原子的稳定性问题？
原子分立的线状光谱？
)
1
1
(
2
2
n
k
Rc
-
=
n
广义的巴尔末公式
2
2
n
能量量子化 课件
度有关
二、紫外灾难
对于怎样解释黑体辐射的实验规律问题，在新的理论诞生 之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释．
德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强 度按波长分布的理论公式．结果发现理论与实验规律不符， 甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”．
三、普朗克能量量子化假说的理解
注意 物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态 “飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些 能量的任何一个中间状态．
1． (1)在火炉旁边有什么感觉？ (2)投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么 颜色？
点拨 (1)在火炉旁边会感到很热，这是因为火炉不断地向 外辐射能量．
(2)投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升 高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与 温度有关．
解析 根据公式 ν＝cλ和 ε＝hν 可知： 400 nm 对应的能量子 ε1＝hλc1＝6.63×10－34×430.00××1100－89 J＝4.97×10－19 J. 700 nm 对应的能量子 ε2＝hλc2＝6.63×10－34×730.00××1100－89 J＝2.84×10－19 J.
答案 AD
借题发挥 随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加， 当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是 黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．
能量子的理解及ε＝hv的应用
【典例2】 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各 是多少？
2．
一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比， 你会发现什么？为什么？
二、紫外灾难
对于怎样解释黑体辐射的实验规律问题，在新的理论诞生 之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释．
德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强 度按波长分布的理论公式．结果发现理论与实验规律不符， 甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”．
三、普朗克能量量子化假说的理解
注意 物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态 “飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些 能量的任何一个中间状态．
1． (1)在火炉旁边有什么感觉？ (2)投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么 颜色？
点拨 (1)在火炉旁边会感到很热，这是因为火炉不断地向 外辐射能量．
(2)投在炉中的铁块一开始是黑色，过一会儿随着温度的升 高，铁块逐渐变为红色，这是因为同一物体热辐射的强度与 温度有关．
解析 根据公式 ν＝cλ和 ε＝hν 可知： 400 nm 对应的能量子 ε1＝hλc1＝6.63×10－34×430.00××1100－89 J＝4.97×10－19 J. 700 nm 对应的能量子 ε2＝hλc2＝6.63×10－34×730.00××1100－89 J＝2.84×10－19 J.
答案 AD
借题发挥 随着温度的升高，各种波长的辐射本领都在增加， 当黑体温度升高时，辐射本领最大值向短波方向移动，这是 黑体辐射的特点，熟悉黑体辐射特点是解决问题的关键．
能量子的理解及ε＝hv的应用
【典例2】 光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400 nm～700 nm.求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各 是多少？
2．
一座建设中的楼房还没有安装窗子，尽管室内已经粉刷， 如果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比， 你会发现什么？为什么？