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13.5 能量量子化
物體中存在著不停運動的帶電微粒，帶電微粒的振動會產生變化的電磁場，從而產生電磁輻射。
把鐵塊投進火爐中，剛開始鐵塊只是發熱，并不發光。隨著溫度的升高，鐵塊會慢慢變紅，開始發光。鐵塊依次呈現暗紅、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
一、熱輻射
1.一切物體都在輻射電磁波，輻射與物體的溫度有關。
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。當溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強。
2.輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。
例如，隨著溫度的升高，鐵塊從發熱，再到發光，鐵塊的顏色也不斷發生變化。
一、熱輻射
直接研究熱輻射的規律太過復雜！
常溫下我們看到不發光的物體顏色就是物體表面反射光所致。
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生反射，會怎樣？
大量實驗結果表明，輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。
提出問題
思考與討論
一座建設中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內已粉刷，如果從遠處觀察，把窗內的亮度與樓外墻的亮度相比，你會發現什么？為什么？
黑體：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生反射，這物體稱為黑體。
近似黑體
研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質的基礎。
黑體輻射
只與溫度有關。
黑體
黑體輻射：對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的種類及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。
黑體輻射實驗：隨著溫度的升高
各種波長的輻射強度都有增加；
輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。
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輻射強度
黑體輻射
安徽省寧國中學 史俊志
二、黑體輻射
3.黑體輻射的理論解釋
(1)維恩的半經驗公式——短波符合，長波不符合。
(2)瑞利—金斯公式——長波符合，短波荒唐。
為了得出同實驗相符的黑體輻射公式，德國物理學家普朗克進行了多種嘗試。
【練習2】（2022春·湖南常德·高二漢壽縣第一中學校考階段練習）如圖所示為黑體輻射的規律，由此圖象得到下列結論正確的是（　　）
A．隨著溫度的降低，各種波長的輻射強度都增大
B．隨著溫度的降低，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動
C．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關
D．黑體熱輻射的強度與波長無關
【參考答案】C
課堂練習
1900年底，普朗克作出了這樣的大膽假設：
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
微觀
宏觀
連續
分立的，量子化
能量子
宏觀世界的連續性
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。
能量子的觀點與宏觀世界中我們對能量的認識有很大不同，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，能量的變化是連續的。而普朗克的假設則認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（分立）的。
能量子
比喻：電磁波就好像是機關槍發射子彈，子彈是一顆一顆向前運動的，每一份電磁波就好像是一顆子彈。
普朗克的能量子假設,使人類對微觀世界的本質有了全新的認識,對現代物理學的發展產生了革命性的影響。成為物理學發展史上一個重大轉折點;
普朗克常量h是自然界最基本的常量之一,它體現了微觀世界的基本特征;
不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創物理學研究新局面，標志著人類對自然規律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。
能量量子化假說的意義
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，他提出：
微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級（energy level）。
分立軌道
1
2
3
4
E4
E3
E2
E1
定態
躍遷
E4
E3
E2
E1
能級
原子發光現象：原子從較高的激發態向較低的激發態或基態躍遷的過程，是輻射能量的過程，這個能量以光子的形式輻射出去，輻射的光子的能量也是分立的，有確定的頻率，所以原子光譜只有一些分立的亮線。
電子在能級間跳躍式變化的過程叫作躍遷。
原子從高能態向低能態躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差。
能級差越大，v越高。
能級（波爾假設）
【練習5】由中國健康發展研究中心發布《國民視覺健康報告》白皮書顯示，我國學生的近視患病率在逐年增加。課業負擔重、沉迷電子產品已成為影響青少年視力的兩大“殺手”。現代醫學采用激光“焊接”視網膜技術來治療近視，所用激光的波長 。已知普朗克常量 ，光在真空中傳播速度 ，則該激光中每個光子的能量為（　　）
A． B．
C． D．
【參考答案】A
課堂練習
納米技術現在已經廣泛應用到社會生產、生活的各個方面．將激光束的寬度聚光到納米級范圍內，可以精確地修復人體損壞的器官．糖尿病引起視網膜病變是導致成年人失明的一個重要原因，利用聚光到納米級的激光束進行治療，90%的患者都可以避免失明的嚴重后果．一臺功率為10W的氬激光器，能發出波長 的激光，用它“點焊”視網膜，每次“點焊”需要的能量 J ，求：
（1）每次“點焊”視網膜的時間．
（2）在這段時間內發出的激光光子的數量．

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