普通高中物理必修三（人教版）第13章第5节 能量量子化

普通高中物理必修三（人教版）第13章第5节 能量量子化，热辐射、能量子、能级、备课参考。

• 普通高中物理必修三第13章第5节 能量量子化
• 内容来源|普通高中教科书 物理 必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 把铁块投进火炉中，刚开始铁块只是发热，并不发光。随着温度的升高，铁块会慢慢变红，开始发光。铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。为什么会有这样的变化呢？
• 热辐射
• 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，所以叫作热辐射。
• 物体处于室温时
  • 热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。
• 当物体温度升高时
  • 热辐射中波长较短的成分越来越强。例如，随着温度的升高，铁块从发热，再到发光，铁块的颜色也不断发生变化。
• 大量实验结果表明：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
• 除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。例如，常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。
• 黑体
  • 如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫作黑体。
  • 黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。
  • 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。
  • 人们在研究热辐射的规律时，特别注意对黑体辐射的研究。但在用经典的电磁理论解释黑体辐射的实验规律时遇到了严重的困难。
• 能量子
• 为了得出同实验相符的黑体辐射公式，德国物理学家普朗克进行了多种尝试，进行了激烈的思想斗争。最后他不得不承认：微观世界的某些规律在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
• 普朗克的假设
  • 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值e的整数倍。例如，可能是e或2e、3e××××××这个不可再分的最小能量e叫作能量子，它的大小为e=hn。其中n是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量。
• 能量子
  • 借助于能量子假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好。
  • 能量子的观点与宏观世界中对能量的认识有很大的不同。宏观世界能量的变化是连续的，而普朗克的假设则认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是不连续（分立）的。
  • 普朗克的能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破，连普朗克本人都很犹豫，当时的多数物理学家自然更难接受。
• 爱因斯坦认识到了普朗克能量子假设的意义，他把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的。
• 爱因斯坦的光子说
  • 爱因斯坦认为，光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为n的光的能量子为hn，h为普朗克常量，这些能量子后来被叫作光子。
• 能级
• 微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。
• 通常情况下，原子处于能量最低的状态，这是最稳定的。
• 气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击，有可能跃迁到较高的能量状态。
• 处于较高能量状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能量跃迁，放出光子。
• 原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差。
• 由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
• 19世纪末和20世纪初，物理学研究深入到微观世界，发现了电子、质子、中子等微观粒子，而且发现它们的运动规律在很多情况下不能用经典力学来说明。20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。
• 科学漫步 ”聆听“宇宙
• 宇宙浩瀚无垠，神秘莫测。古人通过肉眼观察星空，绘制星图。望远镜的发明拓展了人类的视野，使人们对天体的了解更加清楚。
• • 宇宙微波背景辐射是一种充满整个宇宙的热辐射，特征和温度与2.725K的黑体辐射相同，频率属于微波范围。
  • 宇宙中到处存在的中性氢可以产生波长为21cm的谱线。
  • 脉冲星会发出周期性的电磁脉冲信号。
  • 天体的辐射覆盖了整个电磁波段
• 射电望远镜
  • 射电望远镜与光学望远镜不同，它即没有望远镜镜筒，也没有物镜、目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。
  • 射电望远镜是在无线电波段观测天体的。由于无线电波可穿透宇宙中大量存在而光波又无法通过的星际尘埃，因而射电望远镜可以观测更遥远的未知宇宙。
  • 望远镜的直径越大，会聚的无线电波越多。来自太空天体的无线电信号极其微弱，阅读宇宙边缘的信息需要大口径射电望远镜。
  • “中国天眼”，世界最大的500m口径球面射电望远镜，于2016年9月25日在贵州落成启用。
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