高中物理人教版 (2019)必修 第三册5 能量量子化备课课件ppt

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19世纪末页，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 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。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头了。
于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到：
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！
但开尔文毕尽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：
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埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。
这两朵乌云到底是什么回事呢？
很多地方用红外热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,你知道其中的道理吗?
提示：根据热辐射规律可知，人的体温的高低直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度.因此通过监测被测者辐射的红外线的情况就可以知道这个人的体温.
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
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的空腔,可近似看作黑体。
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
2. 黑体辐射实验规律
黑体与黑体辐射1.热辐射：我们周围的一切物体都在辐射_____波.这种辐射与物体的_____有关,所以叫作___辐射.2.黑体：某种物体能够_____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__________,简称_____.
黑体辐射的规律1.一般材料的物体,辐射电磁波的情况,除与_____有关外,还与材料的______及__________有关.2.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关.
对黑体的认识,下列说法正确的是（ ）A.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,看上去是黑的B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与黑体的温度有关外,还与材料的种类及表面状况有关C.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,与材料的种类及表面状况无关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,这个空腔就成了一个黑体
解析：由于黑体自身辐射电磁波,所以看上去不一定是黑的,所以选项A错误;由于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,所以选项B错误,选项C正确;小孔只吸收电磁波,不反射电磁波,因此是小孔成了一个黑体,而不是空腔成了一个黑体,所以选项D错误.答案：C
辐射强度： 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。
斯特藩——玻耳兹曼定律
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下列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（ ）
解析：黑体辐射规律:随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.据此规律可知A图正确.
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
解析：根据热辐射的定义知,选项A正确;根据热辐射和黑体辐射的特点知,一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑体的温度有关,故选项B错误,选项C正确;根据黑体的定义知选项D正确.答案：ACD
经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
1）维恩的半经验公式：
公式适合于短波波段，长波波段与实验偏离。
公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符, ----紫外灾难
2）瑞利----金斯公式
玻尔兹曼常数 k =1.38065810-23J/K
3、能量子：超越牛顿的发现
3.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。
h=6.626×10-34J.s
普朗克的量子化假设的意义(1)普朗克的能量子假设,使人类对微观世界的本质有了全新的认识,对现代物理学的发展产生了革命性的影响。成为物理学发展史上一个重大转折点.(2)普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它体现了微观世界的基本特征.
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________,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__________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____________.(一般取h=6.63×10-34 J·s)
3.能量的量子化在微观世界中能量是________的,或者说微观粒子的能量是_____的.
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课堂练习1.对黑体辐射电磁波的波长分布的影响因素是（ ）A.温度　　　　 B.材料C.表面状况 D.以上都正确解析：根据黑体辐射电磁波的波长分布的决定因素知,其只与温度有关.
2.普朗克常量是自然界的一个基本常数,它的数值是 (　)×10-23 ml×10-3 ml·×10-34 J·s×10-16 ml·s解析：普朗克常量是一个定值,由实验测得它的精确数值为6.626×10-34 J·s,在记忆时关键要注意它的单位.
3.关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有 (　　)A.随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加B.随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动C.黑体热辐射的强度与波长无关D.黑体辐射无任何实验规律解析：黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,A正确;随着温度的升高,黑体辐射的极大值向波长较短的方向移动,B正确;黑体辐射的强度与波长有关,C错误;黑体辐射有实验规律,D错误.
4.红、橙、黄、绿四种单色光中,光子能量最小的是(　)A.红光B.橙光C.黄光D.绿光解析：根据爱因斯坦的光子说,光子的能量ε=hν,h为普朗克常量,说明光子的能量与光的频率成正比,而四种单色光中,绿光的频率最大,红光的频率最小,故光子能量最小的是红光,A项正确.
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从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾(一)
电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定．
卢瑟福的核式结构学说与经典电磁理论的矛盾(二)
由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱
原子光谱是不连续的线状谱
以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，1913年玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。
4、玻尔原子理论的基本假设
针对原子核式结构模型提出
围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射
原子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态．玻尔指出，原子的不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也量子化的
能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定状态
基态：能量最低的状态（离核最近）激发态：其他的状态
（电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少）
原子从Em能级跃迁到En能级（ Em>En ）时，会放出能量为hv的光子，其能量由前后能级差决定：
假说3:频率条件（跃迁假说）
针对原子光谱是线状谱提出
玻尔从上述假设出发，利用经典理论和量子理论结合，计算出了氢的电子的轨道半径和对应的能量值（能级）．
5、玻尔理论对氢光谱的解释
光子的能量只有等于能级差时，才能被吸收
要使处于基态的氢原子从基态跃迁到n=4激发态，则照射光的频率应为多少？频率高一点可以吗？
思考:在具有下列能量的光子中,能被基态氢离子吸收而发生跃迁的是( ) A、13.6eV B、12.75eV C、 10ev D、1.9eV
玻尔理论成功解释了氢光谱的规律,甚至预言了氢原子的其他谱线系
玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，但是也有它的局限性。 
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的困难
①量子化条件的引进没有适当的理论解释 ②氦原子光谱
严格讲玻尔理论是经典理论加上量子化条件的混合物，使得它无法解释复杂原子的光谱现象。 
思想：必须彻底放弃经典概念？
关键：用电子云概念取代经典的轨道概念
原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这种图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。 
电子在某处单位体积内出现的概率——电子云
提出假说：玻尔的原子结构假说： 1）轨道量子化假说 2）能量量子化假说 3）跃迁假说：
提出问题：原子的稳定性、原子光谱是线状谱
验证：氢原子光谱 弗兰克—赫兹实验
【例1】（多选）玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有（　 　）A. 原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量B. 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的 分布是不连续的C. 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率的光子D. 电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率
例题讲解（玻尔的假设）