高中物理 第四章 波粒二象性 第1節(jié) 量子概念的誕生課件 教科選修3-5

第一節(jié)第一節(jié) 量子概念的誕生量子概念的誕生自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)一、熱輻射問題、黑體與黑體輻射一、熱輻射問題、黑體與黑體輻射1熱輻射：周圍的一切物體都在輻射電磁波，熱輻射：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射的強(qiáng)度隨波長如何分布都與物體的這種輻射的強(qiáng)度隨波長如何分布都與物體的_相關(guān)，所以叫做熱輻射相關(guān)，所以叫做熱輻射2黑體：某物體能夠黑體：某物體能夠_吸收外來電磁波吸收外來電磁波而不發(fā)生反射，這種物體稱為絕對(duì)黑體，簡稱而不發(fā)生反射，這種物體稱為絕對(duì)黑體，簡稱黑體黑體.3黑體輻射：黑體表面向外輻射電磁波的強(qiáng)黑體輻射：黑體表面向外輻射電磁波的強(qiáng)度按波長分布的情況與溫度有關(guān)度按波長分布的情況與溫度有關(guān)溫度溫度全部全部二、普朗克提出的能量子概念和量子論誕生的二、普朗克提出的能量子概念和量子論誕生的歷史意義歷史意義1能量子：普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或者吸能量子：普朗克認(rèn)為，帶電微粒輻射或者吸收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值的收能量時(shí)，只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值的_即：能的輻射或者吸收只能是一份一份即：能的輻射或者吸收只能是一份一份的這個(gè)不可再分的最小能量值的這個(gè)不可再分的最小能量值叫做叫做_2能量子大?。耗芰孔哟笮。篽，其中，其中是電磁波的頻率，是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量稱為普朗克常量h_Js3能量子概念的引入，解決了黑體輻射問題，能量子概念的引入，解決了黑體輻射問題，向人們展示了自然過程的非連續(xù)特性，標(biāo)志著量向人們展示了自然過程的非連續(xù)特性，標(biāo)志著量子論的誕生子論的誕生整數(shù)倍整數(shù)倍能量子能量子6.631034 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出的，距今已年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史。其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德有一百多年的歷史。其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到大師的創(chuàng)新努力，到 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 30 30 年代，就建立了一年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論。套完整的量子力學(xué)理論。兩朵兩朵烏云烏云邁克耳孫邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)，在尋找以太時(shí)得出莫雷實(shí)驗(yàn)，在尋找以太時(shí)得出了否定的結(jié)果。了否定的結(jié)果。黑體輻射實(shí)驗(yàn)，得到了無法用經(jīng)典物理學(xué)黑體輻射實(shí)驗(yàn)，得到了無法用經(jīng)典物理學(xué)理論作出解釋的結(jié)果。理論作出解釋的結(jié)果。學(xué)習(xí)活動(dòng)一、熱輻射學(xué)習(xí)活動(dòng)一、熱輻射 1.1.熱輻射：熱輻射：一切物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，且一切物體都在以電磁波的形式向外輻射能量，且輻射強(qiáng)度隨波長的變化與溫度有關(guān)，這種輻射稱為熱輻射強(qiáng)度隨波長的變化與溫度有關(guān)，這種輻射稱為熱輻射。輻射。問題問題1：什么是熱輻射？你能舉出熱輻射的實(shí)例嗎？：什么是熱輻射？你能舉出熱輻射的實(shí)例嗎？例如：鐵塊溫度例如：鐵塊溫度升高，則升高，則從看不出從看不出發(fā)光到發(fā)出發(fā)光到發(fā)出暗紅暗紅到到橙色橙色到到黃白色黃白色的光。的光。這種與溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射。這種與溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射。熱輻射熱輻射-熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程。熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程。鋼水鋼水高溫物體發(fā)出的是高溫物體發(fā)出的是紫外光。紫外光。熾熱物體發(fā)出的是熾熱物體發(fā)出的是可見光可見光，低溫物體發(fā)出的是低溫物體發(fā)出的是紅外光紅外光，運(yùn)動(dòng)時(shí)人運(yùn)動(dòng)時(shí)人體各部分體各部分溫度分布溫度分布 頭部各部分溫度不同，頭部各部分溫度不同，它們的熱輻射存在差異，它們的熱輻射存在差異，這種差異可通過熱象儀這種差異可通過熱象儀轉(zhuǎn)換成可見光圖像。轉(zhuǎn)換成可見光圖像。紅外夜視圖紅外夜視圖2.對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí)對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí)(1)任何物體任何溫度均存在熱輻射；任何物體任何溫度均存在熱輻射；(2)熱輻射譜是連續(xù)譜；熱輻射譜是連續(xù)譜；(3)熱輻射譜與溫度有關(guān)：熱輻射譜與溫度有關(guān)：溫度溫度 發(fā)射的能量發(fā)射的能量 電磁波的短波成分電磁波的短波成分 如一個(gè)如一個(gè)20W的白熾燈和一個(gè)的白熾燈和一個(gè)200W的白熾燈發(fā)出的光的白熾燈發(fā)出的光昏黃色昏黃色亮亮 刺眼刺眼 直覺直覺:注意：注意：低溫物體發(fā)出的是低溫物體發(fā)出的是紅外光紅外光 熱輻射與溫度有關(guān)熱輻射與溫度有關(guān) 熾熱物體發(fā)出的是熾熱物體發(fā)出的是可見光可見光 激光、日光燈發(fā)光激光、日光燈發(fā)光 高溫物體發(fā)出的是高溫物體發(fā)出的是紫外光紫外光 不是熱輻射不是熱輻射學(xué)習(xí)活動(dòng)二、黑體輻射學(xué)習(xí)活動(dòng)二、黑體輻射 1.1.黑體：黑體：物體能夠全部吸收外來的電磁波物體能夠全部吸收外來的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體稱為黑體。而不發(fā)生反射，這種物體稱為黑體。2.2.黑體輻射：黑體輻射：加熱黑體，黑體表面向外輻射電加熱黑體，黑體表面向外輻射電磁波，就稱為黑體輻射。磁波，就稱為黑體輻射。問題：什么是黑體？問題：什么是黑體？什么是黑體輻射？什么是黑體輻射？0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.3.黑體輻射規(guī)律：黑體輻射規(guī)律：輻射強(qiáng)度隨波長的分布曲線輻射強(qiáng)度隨波長的分布曲線普朗克假設(shè)普朗克假設(shè)：h普朗克認(rèn)為：金屬空腔中的電子振動(dòng)可視為一維諧普朗克認(rèn)為：金屬空腔中的電子振動(dòng)可視為一維諧振子，這些諧振子輻射電磁波，也從周圍電磁場中振子，這些諧振子輻射電磁波，也從周圍電磁場中吸收能量。諧振子的能量不能連續(xù)變化，只能取一吸收能量。諧振子的能量不能連續(xù)變化，只能取一系列分立的值，其最小的能量稱為系列分立的值，其最小的能量稱為能量子能量子，與頻率，與頻率成正比，即成正比，即 。),3,2,1(nnh諧振子輻射和吸收的能量只能是諧振子輻射和吸收的能量只能是的的 整數(shù)倍。整數(shù)倍。h12-1 12-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)學(xué)習(xí)活動(dòng)三：量子概念的誕生學(xué)習(xí)活動(dòng)三：量子概念的誕生普朗克的能量子概念普朗克的能量子概念 （普朗克公式）（普朗克公式）熱輻射的電磁波能量是不連續(xù)的，只能取熱輻射的電磁波能量是不連續(xù)的，只能取一些分立的值：一些分立的值：hnEn量子數(shù)：量子數(shù)：n=0,1,2,3n=0,1,2,3，普朗克常量：普朗克常量：h=6.63h=6.631010-34-34JS JS 能量子：能量子：=h =h 電磁波頻率：電磁波頻率：普朗克公式的理論曲線普朗克公式的理論曲線()MT0 *2521()1hckThcMTe普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式 普朗克常量普朗克常量 346.626 068 96 10J sh12-1 12-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè) 普朗克認(rèn)為能量是量子化的，為什么我們感普朗克認(rèn)為能量是量子化的，為什么我們感覺不到宏觀物體的量子化特征？覺不到宏觀物體的量子化特征？提示：對(duì)于宏觀物體，因?yàn)槠绽士顺Ａ刻崾荆簩?duì)于宏觀物體，因?yàn)槠绽士顺Ａ縣非常非常小，可認(rèn)為趨近于零，量子化的特征顯示不出小，可認(rèn)為趨近于零，量子化的特征顯示不出來來思考感悟思考感悟 例例1.下面各物體下面各物體,哪個(gè)是絕對(duì)黑體哪個(gè)是絕對(duì)黑體(A)不輻射可見光的物體不輻射可見光的物體(B)不輻射任何光線的物體不輻射任何光線的物體(C)不能反射可見光的物體不能反射可見光的物體(D)不能反射任何光線的物體不能反射任何光線的物體12-1 12-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)思考思考例例2.關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是關(guān)于對(duì)黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的是黑的B黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān)D如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體解析解析：黑體自身輻射電磁波，不一定是黑黑體自身輻射電磁波，不一定是黑的，的，A錯(cuò)誤。黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的錯(cuò)誤。黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)，分布只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，錯(cuò)誤，C正確。正確。小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔小孔只吸收電磁波，不反射電磁波，因此小孔成了一個(gè)黑體，而不是空腔，成了一個(gè)黑體，而不是空腔，D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。答案：答案：C點(diǎn)評(píng)：黑體完全吸收電磁波而不反射，同點(diǎn)評(píng)：黑體完全吸收電磁波而不反射，同時(shí)其本身也輻射電磁波；黑體輻射電磁波的強(qiáng)時(shí)其本身也輻射電磁波；黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)。關(guān)。例例3.(湛江市湛江市20142015學(xué)年高二質(zhì)檢學(xué)年高二質(zhì)檢)在實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一個(gè)小孔，小孔可看做黑體，或工廠的高溫爐子上開一個(gè)小孔，小孔可看做黑體，由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內(nèi)的溫度，如圖所示，就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波波長的關(guān)系所示，就是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波波長的關(guān)系圖象，則下列說法正確的是圖象，則下列說法正確的是()AT1T2BT1T2C隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有所降低度都有所降低D隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)向移動(dòng)解析解析：一般材料的物體輻射能的多少?zèng)Q定于物：一般材料的物體輻射能的多少?zèng)Q定于物體的溫度體的溫度(T)、輻射波的波長、時(shí)間的長短和發(fā)、輻射波的波長、時(shí)間的長短和發(fā)射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部吸射的面積，而黑體是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強(qiáng)度按收任何波長的輻射的物體，黑體輻射的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫波長的分布只與溫度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加，度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都有所增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。從輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。從題圖中可看出，題圖中可看出，1T2。本題正確選。本題正確選項(xiàng)為項(xiàng)為A、D。