§17.1《能量量子化》概述

第十七章 波粒二象性
17.1 能量量子化
课标解读
1.了解黑体和黑体辐射的实验规律； 2.知道普朗克提出的能量子的假说。
一、热辐射
1.定义：一切物体都辐射电磁波，而且温度不同时，物 体发出的电磁波的波长（频率）、强度也不同．这种辐射与 物体的温度高低有关，所以叫热辐射．
物体发生热辐射不只与温度有关，还与材料种类、表面 状况有关.
两朵令人不安的乌 云，……”
T=t+273.15
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验
迈克尔逊-莫雷实验
量子力学的诞生
相对论问世
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命 性的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。
4.量子化假设的实验证实
许多科学家（代表有德国 维恩和英国瑞利、金斯）用宏 观能量的观点推导的公式无法 完整解释黑体辐射实验规律．
2.特性：物体辐射电磁波的主要成分随温度升高波长变 短，频率升高。
二、黑体 1.黑体：
如果某种物体完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发 生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．
黑体是为研究热辐射而假想的一个理想化模型； 当黑体由于自身有很强的辐射时，看起来很明亮．比如， 太阳为气体星球，可以认为射向太阳的电磁辐射很难被反射 回来，所以认为太阳是个黑体（绝对黑体是不存在的）．
【解析】一般物体的热辐射与温度、材料、表面状况有关，黑体是为了 忽略热辐射的次要因素而假想的一个模型，它的热辐射只与温度有关． 所以，ACD正确．
实验规律： （1）黑体辐射的强度随温度的 升高，各波长（频率）的辐射都增加； （2）辐射强度的极大值随温度 的升高向波长短的方向移动。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理 学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:

C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有 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：黑体自身辐射电磁波，不一定是黑的，A错误。 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， B错误，C正确。小孔只吸收电磁波，不反射电磁波，因此 小孔成了一个黑体，而不是空腔，D错误。
●学法指导 1．重视本章实验的理解。本章知识理论性很强，涉及的 新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事 实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得 那么抽象。
2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。人类认 识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理 论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又 提出新的理论。光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子， 但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波 ——电磁波， 同时光也是一种粒子——光子。 也就是说光具有 波粒二象性。光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的， 因此光是一种概率波。
第十七章
波粒二象性
学习导言
●情景切入 1900 年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设： 粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。这一假说不仅 解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。 光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德 布罗意看来具有了波动性„„
光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一 起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。
“非典”期间，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？

第一节 能量量子化
一、黑体与黑体辐射（量子力学的萌芽）
1．热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有 关，所以叫热辐射。 (2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
2．黑体
(1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发 生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射的特征：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。 (3)对黑体的理解：绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。如 图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发 生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。
类型二
3、普朗克在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论，下列关于描绘两种温
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
(D )
解析：黑体辐射以电磁辐射的形式向外辐射能量，温度越高，辐射越强越 大，故AC错误。黑体辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要 以不可见的红外光进行辐射，在500 ℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光 以至紫外辐射。即温度越高，辐射的电磁波的波长越短，故B错误，D正确。
二、黑体辐射的实验规律
1、黑体辐射的实验规律
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，如图所示。 (1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。 (2)随着温度的升高各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值 向波长较短的方向移动。
有经验的炼钢工人，通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的大体 温度，这是根据黑体辐射与温度有关
四、爱因斯坦的光子
光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不

高二物理知识点能量量子化能量量子化是高二物理学习中的一个重要知识点，它是基于量子力学原理而提出的。

量子力学是20世纪初发展起来的一门新的物理学分支，它在解释微观粒子行为方面具有重要作用。

而能量量子化则是基于量子力学的基本原理，揭示了微观世界的能量存在离散化的现象。

一、能量量子化的概念在我们日常生活中，我们总是认为能量是连续变化的，但是在微观尺度下，事实却是不同的。

据量子力学的理论，能量是以离散的方式存在的，即能量量子化的现象。

这就意味着，微观粒子的能量只能取离散的特定数值。

二、能量量子化的原理能量量子化的原理可以归结为以下几个方面：1.普朗克公式普朗克公式是描述能量量子化的重要公式之一。

根据普朗克公式，能量（E）和频率（ν）之间存在着一个常数h的关系，即E=hν。

其中，h被称为普朗克常数，它的数值为6.62607015×10^-34 J·s。

2.能级量子力学认为，原子中的电子存在于不同的能级上。

每个能级有其特定的能量，而且这些能级之间存在着能量差。

当电子跃迁时，能量的变化是以一个量子化的单位进行的。

3.量子态量子态是描述微观粒子的状态的概念。

在量子力学中，微观粒子的状态是用波函数（Ψ）来表示的。

波函数可以用来描述微观粒子的位置、动量等物理量。

三、能量量子化的意义与应用能量量子化的发现对物理学的发展产生了深远的影响，并且在科学研究和技术应用中起到了重要的作用。

以下是其意义和应用的几个方面：1.解释原子光谱能量量子化可以很好地解释原子光谱的现象。

原子在受激发状态下会发射或吸收特定的光子，这与能量量子化的离散性质密切相关。

通过研究和分析原子光谱，科学家们能够了解原子的能级结构，从而对物质的组成和性质有更深入的认识。

2.推动量子通信技术的研究能量量子化的原理为量子通信技术的研究和应用提供了基础。

量子通信技术是一种基于量子力学原理的通信方式，可以实现安全传输和加密。

利用能量量子化的特性，科学家们可以构建出高效、高安全性的量子通信系统。