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新人教版 必修三
第十三章 電磁感應(yīng)與電磁波初步
第5節(jié) 能量量子化
新課引入
把鐵塊投進(jìn)火爐中，剛開始鐵塊只是發(fā)熱，并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會慢慢變紅，開始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會有這樣的變化呢？
我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。物體在室溫時，熱輻射的主要成分是波長較長的電磁波，不能引起人的視覺。當(dāng)溫度升高時，熱輻射中波長較短的成分越來越強。
隨著溫度的升高，鐵塊從發(fā)熱，再到發(fā)光，鐵塊的顏色也不斷發(fā)生變化。
學(xué)習(xí)任務(wù)一： 熱輻射
如果某物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體。
只與溫度有關(guān)。
用經(jīng)典的電磁學(xué)理論解釋黑體輻射的實驗規(guī)律時遇到了嚴(yán)重的困難
大量實驗結(jié)果表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。
如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，會怎樣？
常溫下我們看到不發(fā)光的物體顏色就是物體表面反射光所致。
學(xué)習(xí)任務(wù)一 ： 熱輻射
1900年底，普朗克作出了這樣的大膽假設(shè)：振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如，可能是ε或 2ε、3ε……這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小為
是電磁波的頻率，h 是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為
為了得到與實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學(xué)家普朗克進(jìn)行了多種嘗試，急性了激烈的思想斗爭。
學(xué)習(xí)任務(wù)二： 能量子
能量子的觀點與宏觀世界中我們對能量的認(rèn)識有很大不同，例如，一個宏觀的單擺，小球在擺動的過程中，受到摩擦阻力的作用，能量不斷減小，能量的變化是連續(xù)的。而普朗克的假設(shè)則認(rèn)為微觀粒子的能量是量子化的，或者說微觀粒子的能量是不連續(xù)（分立）的。
借助于能量子的假說，普朗克得出的黑體輻射的強度按波長的分布公式，與實驗符合的非常好。
學(xué)習(xí)任務(wù)二 ： 能量子
（2）普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征;
能量量子化假說的意義
（1）普朗克的能量子假設(shè),使人類對微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識,對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響。成為物理學(xué)發(fā)展史上一個重大轉(zhuǎn)折點，是物理學(xué)的一個新紀(jì)元。
（3）不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。
學(xué)習(xí)任務(wù)二 ： 能量子
光本身就是一個個不可分割的能量子，后來被叫做光子，其能量為：
愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：
愛因斯坦提出的光子說
學(xué)習(xí)任務(wù)二： 能量子
能級：微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級。
原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。
由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。
氦原子光譜
學(xué)習(xí)任務(wù)三： 能級
核能的利用，計算機(jī)和智能手機(jī)的制造，激光技術(shù)等的應(yīng)用都離不開量子力學(xué)。是量子力學(xué)引領(lǐng)我們邁入了現(xiàn)代社會，讓我們享受到非富多彩的現(xiàn)代生活。
19 世紀(jì)末和 20 世紀(jì)初，物理學(xué)研究深入到微觀世界，20 世紀(jì) 20年代，量子力學(xué)建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用
學(xué)習(xí)任務(wù)三： 能級
宇宙浩瀚無垠，神秘莫測。古人通過肉眼觀察星空，繪制星圖。望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明拓展了人類的視野，使人們對天體的了解更加清楚。
我國于 2016 年 9 月 25 日在貴州落成啟用被譽為“中國天眼” 的世界最大的 500 m 口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（簡稱 FAST）。
FAST工程是我國科學(xué)工作者奮發(fā)圖強、立志創(chuàng)新的具體實踐，其中被人們譽為“天眼之父”的南仁東則是這個群體的杰出代表。
STSE “聆聽”宇宙
STSE “聆聽”宇宙
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測
【詳解】根據(jù)
可得
則
1．對應(yīng)于7.4×10-19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？（普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c=3.00×108 m/s）
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測
【詳解】光子能量為
每秒發(fā)射光子數(shù)為 個
2．氦氖激光器發(fā)射波長為 的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為 ，則每秒發(fā)射多少個光子？
當(dāng)堂達(dá)標(biāo)檢測
【詳解】根據(jù)光子能量公式 可知，光子頻率越大，能量越高，藍(lán)色比紅色頻率高，所以藍(lán)星表面溫度高。
3．晴朗的夜空繁星閃爍（如圖），有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍(lán)。對于“紅星”和“藍(lán)星”，你能判斷出哪種恒星的表面溫度更高么？說出你的道理。

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