高一物理教課件：第三、四節(jié)《量子化現(xiàn)象》《物理——人類文明進(jìn)步的階梯》（粵教版必修2）

歡迎進(jìn)入物理課堂 第三 四節(jié)量子化現(xiàn)象物理學(xué) 人類文明進(jìn)步的階梯 1 初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象 知道量子論的主要內(nèi)容 2 知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn) 了解光的波粒二象性 3 了解物理學(xué)與自然科學(xué)其他領(lǐng)域的關(guān)系 知道物理學(xué)的研究成果和研究方法對(duì)自然科學(xué)的影響和促進(jìn)作用 4 了解物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng) 體會(huì)物理學(xué)的巨大影響和作用 十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初 科學(xué)家在研究黑體輻射 光電效應(yīng) 原子光譜和原子的穩(wěn)定性等問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn) 許多現(xiàn)象與經(jīng)典物理學(xué)的觀念產(chǎn)生了尖銳的矛盾 暴露了經(jīng)典物理學(xué)的局限性 從而引發(fā)了物理學(xué)的另一場(chǎng)革命 量子論的建立 使人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)由宏觀世界進(jìn)入微觀世界 一黑體輻射 能量子假說(shuō)的提出 能把照射到它上面的色光全部吸收而無(wú)反射的物體叫黑體 黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射 如一塊鐵近似看成黑體 當(dāng)給它加熱 它吸收熱能后 鐵塊首先變成暗紅 然后變黃變白 發(fā)出耀眼的光線 這就叫黑體輻射 經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于能量連續(xù)性的概念不能解釋上述黑體輻射的現(xiàn)象 表明經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于能量連續(xù)性的概念不能適用微觀世界的一些問(wèn)題 預(yù)示著原有的理論存在缺陷 普朗克為了克服經(jīng)典物理學(xué)對(duì)黑體輻射現(xiàn)象解釋的困難 提出了 能量子 假說(shuō) 問(wèn)題 普朗克的 能量子 假說(shuō)與宏觀世界中我們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)有什么不同 過(guò)去人們認(rèn)為一切自然過(guò)程都是連續(xù)的 比如能量的傳遞和釋放過(guò)程中宏觀狀態(tài)下的能量總是由一切微觀狀態(tài)下連續(xù)排列組合而成 中間不間斷 因此 普朗克的 能量子 假說(shuō)是對(duì)經(jīng)典物理學(xué)理論的重大突破 討論與交流 4 能量子假說(shuō) 所謂能量子就是能量的最小單元 微觀領(lǐng)域里能量的變化總表現(xiàn)為電磁波的輻射與吸收 不同頻率的電磁波其能量子的值不同 表達(dá)式為 E h 其中 是電磁波的頻率 h是一個(gè)普遍適用的常量 稱作普朗克常量 由實(shí)驗(yàn)測(cè)得h 6 63 10 34J s 5 能量的量子化在微觀領(lǐng)域里能量的不連續(xù)變化 即只能取分立值的現(xiàn)象 叫做能量的量子化 普朗克的能量子假說(shuō)不僅解決了黑體輻射的理論困難 而且揭開了物理學(xué)上嶄新的篇章 二光子說(shuō) 對(duì)光電效應(yīng)的解釋 1 光電效應(yīng) 當(dāng)光線 包括不可見(jiàn)光 照射到金屬表面時(shí) 有電子從金屬表面發(fā)射出來(lái)的現(xiàn)象 發(fā)射出來(lái)的電子就是光電子 實(shí)驗(yàn)表明 光電效應(yīng)現(xiàn)象能否發(fā)生不是取決于光的強(qiáng)度而是取決于照射光的頻率 極限頻率的存在是與經(jīng)典物理學(xué)的理論矛盾最尖銳的地方 2 光子 愛(ài)因斯坦光也是一種電磁波 光的最小能量單元就是光子 實(shí)際就是一種能量子 其能量為 E h 3 光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋 一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子 電子吸收光子的能量向外 運(yùn)動(dòng) 時(shí) 要克服金屬的束縛作用而消耗能量 叫做金屬的逸出功 吸收的光子能量要能足夠克服金屬的束縛作用 電子才能夠發(fā)射出來(lái) 光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn) 三光的波粒二象性 光的本質(zhì)揭示 1 光可以發(fā)生干涉現(xiàn)象 衍射現(xiàn)象與偏振現(xiàn)象 因此經(jīng)典理論有 波動(dòng)說(shuō) 即光具有波動(dòng)性 2 光電效應(yīng) 說(shuō)明光還具有 粒子性 因此 光具有 波動(dòng)性 同時(shí)也具有 粒子性 即光具有 波粒二象性 3 在微觀世界中 大量光子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性 個(gè)別光子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效果顯示出粒子性 光在傳播時(shí)顯示波動(dòng)性 與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往顯示粒子性 四原子光譜 原子能量的不連續(xù) 1 經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)的矛盾 經(jīng)典理論 能量是連續(xù)變化的 原子發(fā)光的光譜是連續(xù)譜 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 原子發(fā)光的光譜是不連續(xù)的線狀譜 原子光譜2 原子光譜的解釋 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 當(dāng)原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時(shí) 輻射 或吸收 一定頻率的光子 輻射 或吸收 的光子的能量是不連續(xù)的 結(jié)論 量子化現(xiàn)象是微觀世界的普遍現(xiàn)象 這與經(jīng)典理論產(chǎn)生尖銳矛盾 這暴露了經(jīng)典物理學(xué)的局限性 宏觀 低速 從而引發(fā)了物理學(xué)的革命 量子論的建立 使人類對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)由宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域 物理學(xué)是一門自然科學(xué) 是研究物質(zhì)存在的基本形式 本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律 及物體之間的相互作用和轉(zhuǎn)化的規(guī)律的科學(xué) 它崇尚理性 重視邏輯推理 可以說(shuō)物理學(xué)是關(guān)于 萬(wàn)物之理 的科學(xué) 物理學(xué)能讓你變得更睿智 物理學(xué)能讓你變得更哲學(xué) 物理學(xué)能讓你邁進(jìn)科學(xué)的殿堂 五物理學(xué) 人類文明進(jìn)步的階梯 1 物理學(xué)與自然科學(xué) 人類文明進(jìn)步的基石2 物理學(xué)與現(xiàn)代技術(shù) 人類文明進(jìn)步的推動(dòng)力物理學(xué)的基礎(chǔ)性 技術(shù)性 思想性使之成為推動(dòng)人類文明進(jìn)步的重要力量 1 基礎(chǔ)性物理學(xué)是基礎(chǔ)自然科學(xué) 物理學(xué)的研究成果和研究方法直接應(yīng)用于化學(xué) 生物 地理 氣象等自然科學(xué) 大大加速了自然科學(xué)的發(fā)展和分化獨(dú)立 甚至形成了新的獨(dú)立學(xué)科或分支學(xué)科 如天體物理學(xué) 空間物理學(xué) 地球物理學(xué) 流體力學(xué) 生物物理 物理化學(xué) 量子化學(xué)等 使人們更全面地探索 認(rèn)識(shí)自然界的規(guī)律 2 技術(shù)性物理學(xué)幾乎是一切工程科學(xué)的基礎(chǔ) 物理學(xué)的成就直接發(fā)展了各種各樣的工程技術(shù) 形成了今天門類齊全 多樣的工業(yè)體系 今天的許多高新技術(shù)也仍然是以物理學(xué)的研究成果為基礎(chǔ)的 這些工程技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用 極大地提高了社會(huì)生產(chǎn)力水平 改變了人類的生活 生產(chǎn)方式 創(chuàng)造了輝煌的物質(zhì)文明 比如 機(jī)械 建筑科學(xué)就是經(jīng)典力學(xué)原理的實(shí)際運(yùn)用 今天的電力 電子工業(yè)就是電磁學(xué)發(fā)展的結(jié)果 光學(xué)特別是激光技術(shù)使得光纖通信 互聯(lián)網(wǎng) 激光醫(yī)學(xué)等蓬勃發(fā)展 在萬(wàn)有引力定律基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的航天技術(shù)使得人類的足跡不斷地向宇宙深處延伸 3 思想性物理學(xué)在自身的發(fā)展進(jìn)步過(guò)程中積累的思想方法是人類思想領(lǐng)域的瑰寶 這些思想方法和物理學(xué)的研究成就一起在改善人們的生產(chǎn) 生活條件的同時(shí) 也改變著人們的思維方式 指引著人們破除迷信 消除愚昧 尊重客觀事實(shí) 尊重科學(xué) 不斷追求真 善 美 推動(dòng)人類文明的車輪滾滾向前 人類社會(huì)歷史上的幾次工業(yè)革命都是以物理學(xué)的重大成果為基礎(chǔ)的 牛頓力學(xué) 熱學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了第一次工業(yè)革命 使人類進(jìn)入蒸汽機(jī)時(shí)代 解放了人的體力 電磁技術(shù)的突破性成就迎來(lái)了第二次工業(yè)革命 人類進(jìn)入了電氣化時(shí)代 量子理論 相對(duì)論使得核物理學(xué)取得重大突破 引發(fā)了第三次工業(yè)革命 人類進(jìn)入了原子能時(shí)代 1 在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中 原來(lái)不帶電的 塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連 用弧光燈照射鋅板 驗(yàn)電器的指針就張開一個(gè)角度 如圖所示 這時(shí) A 鋅板帶正電指針帶負(fù)電B 鋅板帶正電指針帶正電C 鋅板帶負(fù)電指針帶正電D 鋅板帶負(fù)電指針帶負(fù)電 解析 弧光燈發(fā)出的紫外線照射到鋅板上 鋅板表面會(huì)逸出光電子 鋅板失去電子后帶正電 驗(yàn)電器與鋅板相連 所以驗(yàn)電器的指針也同樣帶正電 故應(yīng)選B 2 關(guān)于光的本性 下列說(shuō)法中正確的是 A 關(guān)于光的本性 牛頓提出微粒說(shuō) 惠更斯提出波動(dòng)說(shuō) 愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō) 它們都說(shuō)明了光的本性B 光具有波粒二象性是指 既可以把光看成宏觀概念上的波 也可以看成微觀概念上的粒子C 光的干涉 衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性 光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性D 光的波粒二象性是將牛頓的波動(dòng)說(shuō)和惠更斯的粒子說(shuō)真正有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái) 解析 光具有波粒二象性 這是現(xiàn)代物理學(xué)關(guān)于光的本性的認(rèn)識(shí) 光的波粒二象性不同于牛頓提出的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō) 是愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)和麥克斯韋的電磁說(shuō)的統(tǒng)一 光的干涉 衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性 光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性 故A B D錯(cuò)誤 C對(duì) 答案 C 1 光電效應(yīng) 在光的照射下 物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng) 發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子 2 光既具有波的特性又具有粒子的特性 3 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 當(dāng)原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時(shí) 輻射 或吸收 一定頻率的光子 輻射 或吸收 的光子的能量是不連續(xù)的 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全