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第四章 電磁振蕩與電磁波
第5節(jié) 能量量子化
開爾文
科學的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。
但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云。
那這兩朵烏云是什么呢？
量子論
相對論
后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一場革命的風暴，烏云落地化為一場春雨，澆灌著兩朵鮮花。
1.了解熱輻射和黑體的概念.
2.初步了解微觀世界的量子化特征，知道普朗克常量.
3.了解原子的能級結構.
一、熱輻射
冬天會感覺到很暖和
紅外熱像儀監(jiān)測人的體溫
1.一切物體都在輻射電磁波，輻射與物體的溫度有關。
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。
一、熱輻射
為什么會發(fā)生這種顏色的變化呢？
一、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。當溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強。
除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的物體的顏色就是反射光所致。
2.黑體
：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。
在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔中會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體。
德國物理學家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。
白天透過窗戶看不開燈的房子里面是一片漆黑。
（1）黑體實際上是不存在的,只是一種理想情況。
（2）黑體不一定是黑的,只有當自身輻射的可見光非 常微弱時看上去才是黑的;
（3）有些物體有較強的輻射,看起來還會很明亮也有時被看作黑體來處理。
太陽
白熾燈燈絲
黑體輻射的實驗規(guī)律
特點：隨溫度的升高
①各種波長的輻射強度都在增加；
②絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。
（3）黑體同其他物體一樣也在輻射電磁波,黑體的輻射規(guī)律最為簡單,黑體輻射強度只與溫度有關。
(4)熱輻射不一定需要高溫,任何溫度都能發(fā)生熱輻射,只是溫度低時輻射弱,溫度高時輻射強。在一定溫度下,不同物體所輻射的光譜的成分有顯著不同。
二、能量子
微觀世界的某些規(guī)律，在我們宏觀世界看來可能非常奇怪。
振動著的帯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叫做能量子。
能量
量子
經(jīng)典
和我們學習電荷數(shù)類似：只能是元電荷的整數(shù)倍。
ε叫能量子，簡稱量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。
能量
量子
經(jīng)典
比喻：電磁波就好象是機關槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運動的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。
1.超越牛頓的發(fā)現(xiàn)
ε=hν
h=6.626×10-34J/s。——普朗克常量
這個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(xù)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(xù)（分立）的。
一條光線
光子
2.愛因斯坦的光子概念
認為電磁場本身就是不連續(xù)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這些能量子后來被叫作光子。
ε=hν
（光子能量）
三、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。
分立軌道
1 2 3 4
E4
E3
E2
E1
定態(tài)
躍遷
E4
E3
E2
E1
（1）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。
（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，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線。
量子力學的建立
20世紀20年代，量子力學建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學技術中發(fā)揮了重要作用。
核能的利用，計算機和智能手機的制造，激光技術。
科學漫步
"聆聽"宇宙
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。
1、下列關于熱輻射和黑體輻射的說法不正確的( )
A. 一切物體都在輻射電磁波
B. 黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波
C. 黑體輻射強度的極大值跟溫度無關
D. 一般物體輻射電磁波的強度與溫度有關
C
2.某氣體在、兩種不同溫度下的分子速率分布圖象如圖甲所示，縱坐標f（v）表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，橫坐標v表示分子的速率；而黑體輻射的實驗規(guī)律如圖乙所示，圖乙中畫出了、兩種不同溫度下黑體輻射的強度與波長的關系。下列說法正確的是（　　）
A．圖甲中>
B．圖乙中所有分子的速率都增大
D．圖乙中溫度升高，輻射強度的極大值向波長較短方向移動
D
3、能引起人的眼睛視覺效應的最小能量為 ，已知可見光的平均波長 約為 ，普朗克常量 ，則進入人眼的光子數(shù)至少為( @42@ )。
A.1個 B.3個
C.30個 D.300個
B
4.一個氫原子從高能級躍遷到低能級,該氫原子 (　　)
A.放出光子,能量增加
B.放出光子,能量減少
C.吸收光子,能量增加
D.吸收光子,能量減少
B
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。
2.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：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。
二、能量子
ε叫能量子，簡稱量子， 能量是量子化的，只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量。
ε=hν
h=6.626×10-34J/s。——普朗克常量
光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的這些能量子后來被叫作光子。
三、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。

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