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13.5能量量子化
熱輻射
能量子
能級
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03
04
目錄
CONTENTS
熱輻射
PART 1
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。
電磁波（電磁輻射）是怎么產生呢？
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
因為一切物體都在輻射電磁波，而且輻射與物體的溫度有關，我們把這種輻射叫做熱輻射。
一、熱輻射
1.定義：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關，所以叫作熱輻射。
2.一般物體的熱輻射除與溫度有關外,還與材料的種類及表面狀況有關。
熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同。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,熱輻射中波長較短的成分越來越強。
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。
3.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。
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？
近似黑體
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。
為什么要研究黑體和黑體輻射呢？
4.黑體輻射的特點
（1）只與黑體的溫度有關
（2）隨著溫度的升高各種波長的輻射強度都有增加
（3）隨著溫度的升高輻射
強度的極大值向波長較短的
方向移動。
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輻射強度
能量子
PART 2
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。
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
普朗克1858.4.23-1947.10.4
“量子力學之父”
1918年諾貝爾物理學獎
二、能量子
1.能量子假說: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,這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
2.能量子大小的公式
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。
3.能量子假說的意義:在微觀世界中微觀粒子的能量是一份一份的,或者說微觀粒子的能量是不連續(分立)的。這種現象叫能量的量子化。
愛因斯坦認識到了普朗克能量子假設的意義,他把能量子假設進行了推廣,認為電磁場本身就是不連續的。也就是說,光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的,頻率為ν的光的能量子為hν,h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子。
4.光子:本身就是由一個個不可分割的能量子組成,每一個
能量子稱為光子。頻率為ν 的光的能量子為ε =hν
例1.（單選）(2024河北邯鄲永年二中月考)2015年中國發射衛星“悟空”,用來探測暗物質粒子和黑洞。黑洞是黑體的一種,關于黑體,下列說法正確的是(　　)
A.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布不僅與溫度有關,還與材料的種類及表面狀況有關
B.黑體能夠反射各種波長的電磁波,但不會輻射電磁波
C.在黑體輻射實驗中,隨溫度升高,輻射強度的極大值向波長較短的方向移動
D.愛因斯坦為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式,提出了能量子假說
C
例2.（單選）（2024·湖南常德·高二漢壽縣第一中學?？茧A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（　?。?br/>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
C
例3.（單選）(2024河北高碑店崇德實驗中學月考)關于能量量子化,下列說法正確的是(　　)
A.能量子假說最早是由愛因斯坦提出來的
B.微觀粒子的能量是不連續的,只能是某一最小能量值的整數倍
C.電磁波的波長越長,其能量子越大
D.能量子假說與宏觀世界中對能量的認識相矛盾,因而它一定是錯誤的觀點
B
例4.（單選）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”?，F代醫學使用激光將角膜削平一些或削陡一些,從而改變眼的屈光度,所用激光的波長λ=193 nm。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,真空中的光速c=3×108 m/s,則該激光中每個光子的能量為(　　)
A.3.0×10-19 J　　B.1.6×10-19 J
C.1.0×10-19 J　　D.1.0×10-18 J
D
能級
PART 3
1913年，玻爾把微觀世界中物理量取分立值的觀念應用到原子系統。
1.能級：原子的能量是量子化的。這些量子化的能量叫做能級。
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，這就是原子發光現象。
2.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，等于前后兩個能級之差，原子的發射光譜只有一些分立的亮線.
例5.（單選）(2024江蘇連云港期中)關于光子的發射和吸收,下列說法正確的是(　　)
A.原子從基態躍遷到激發態放出光子,放出光子的能量等于原子在始、末兩個能級的能量差
B.原子不能從低能級向高能級躍遷
C.原子吸收光子后從低能級躍遷到高能級,放出光子后從較高能級躍遷到較低能級
D.原子無論是吸收還是放出光子,吸收或放出的光子的能量可大于始、末兩個能級的能量差
C
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