《魯科物理必修2 第6章第2節(jié)《量子世界》》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《魯科物理必修2 第6章第2節(jié)《量子世界》（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進入物理課堂 第2節(jié)量子世界 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第2節(jié) 課前自主學案 課標定位 課標定位 學習目標 1 初步了解普朗克 量子假說 的背景 體會經(jīng)典力學的局限性 知道 量子假說 的主要內(nèi)容 2 初步了解愛因斯坦 光量子說 的含義 了解光的微粒說與波動說之爭 知道光具有波粒二象性 重點難點 普朗克量子說的主要內(nèi)容及物質(zhì)的波粒二象性 課前自主學案 一 紫外災難 1 熱輻射 因物體中的 受到激發(fā)而發(fā)射出 的現(xiàn)象 說明 物體在任何溫度下都會發(fā)射出各種波長的 2 黑體 一個能 熱輻射而 熱輻射出的物體 它是物理學家為了研究熱輻射的規(guī)律而設(shè)想的一個 分子 原子 電磁波 電磁波 完全吸收 不反射 理想模型 3 紫外災難 1 實驗曲線 人們發(fā)現(xiàn) 黑體的單色輻出度與黑體的輻射波 和 有關(guān) 并得出了黑體的單色輻出度與輻射波 之間關(guān)系的實驗曲線 2 紫外災難 在推導符合實驗曲線的公式時 發(fā)現(xiàn)結(jié)果與實驗曲線 這個與實驗不符的結(jié)果出現(xiàn)在紫外區(qū) 波長 溫度 波長 m 溫度T K 不符 二 不連續(xù)的能量1 量子假說的內(nèi)容 1 物質(zhì)輻射 或吸收 的能量E只能是某一最小能量單位的整數(shù)倍 即E n n 1 2 3 2 輻射是由一份份的能量組成的 一份能量叫做一個量子 量子的能量大小取決于輻射的波長 量子的能量 與頻率 成正比 即 h hc h為普朗克常數(shù) 2 量子化 本質(zhì)是不連續(xù)性 在微觀世界里 量子化或不連續(xù)性是明顯的 微觀物質(zhì)系統(tǒng)的存在是量子化的 物體之間傳遞的相互作用量是量子化的 物體的狀態(tài)及其變化也是量子化的 三 物質(zhì)的波粒二象性1 物理學史 1 光的微粒說的創(chuàng)始人是 可以解釋 等 2 光的波動說的代表人物是 3 光量子假設(shè)的提出者是 直到 的發(fā)現(xiàn)才驗證了光量子假說的正確性 2 光的本質(zhì) 光具有 它在一定條件下 突出地表現(xiàn)出 實質(zhì)是不連續(xù)性 而在另一些條件下 又突出地表現(xiàn)出 牛頓 光的反射 光的顏色 惠更斯 愛因斯坦 康普頓效應 波粒二象性 微粒性 波動性 3 物質(zhì)波 物理學家德布羅意進一步提出了 理論 根據(jù)這一理論 每個物質(zhì)粒子都伴隨著 這種波被稱為物質(zhì)波 又稱為 戴維孫 革末及湯姆孫的 實驗證實了物質(zhì)波的存在 4 結(jié)論 光與靜止質(zhì)量不為零的物質(zhì)都具有 物質(zhì)波 一種波 概率波 電子衍射 波粒二象性 核心要點突破 一 黑體輻射及能量不連續(xù)性的理解1 黑體與黑體輻射的理解 1 黑體輻射 一般的物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外 還與材料的種類及表面狀況有關(guān) 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(guān) 因此黑體輻射對研究熱輻射的規(guī)律有重要作用 2 黑體輻射的實驗定律 對如圖6 2 1所示的空腔加熱 空腔的溫度升高 小孔就成了不同溫度下的黑體 從小孔向外的輻射就是黑體輻射 它所輻射的電磁波強度按波長的分布情況如圖6 2 2所示 圖6 2 2畫出了四種溫度下黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系 可以看出 隨著溫度升高 一方面 各種波長的輻射強度都有增加 另一方面 輻射強度的極大值向波長較短的方向移動 圖6 2 1 圖6 2 2 3 紫外災難 物體中存在著不停地運動的帶電粒子 每個帶電粒子的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場 從而產(chǎn)生電磁輻射 依據(jù)熱力學和電磁學的知識 德國物理學家維恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式 瑞利公式后經(jīng)金斯修正 稱為瑞利 金斯公式 維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近 在長波區(qū)則與實驗偏差很大 瑞利 金斯公式在長波區(qū)與實驗基本一致 在短波區(qū)與實驗嚴重不符 且當波長趨于零時 輻射竟變成無窮大 這顯然是荒謬的 由于波長很小的輻射在紫外線波段 故上述荒謬結(jié)果被稱為 紫外災難 2 對量子化假設(shè)的理解能量子假說 物質(zhì)發(fā)射 或吸收 能量時 能量不是連續(xù)的 而是一份一份地進行的 每一份就是一個最小的能量單位 這個不可再分的最小的能量單位稱為 能量子 它的數(shù)值等于輻射的頻率 乘以一個常量h 即E h h稱作普朗克常量 實驗測得h 6 63 10 34J s 這種在微觀領(lǐng)域中能量的不連續(xù)變化 即只能取分立值的現(xiàn)象 叫做能量的量子化 圖6 1 1 二 對波粒二象性的理解1 大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性 個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性 2 光子和電子 質(zhì)子等實物粒子一樣 具有能量 和其他物質(zhì)相互作用時 粒子性起主導作用 在光的傳播過程中 光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小 概率 由波動性起主導作用 因此稱光波為概率波 3 光子的能量與其對應的頻率成正比 而頻率是波動性特征的物理量 因此 h 揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系 4 對不同頻率的光子 頻率低 波長長的光 波動性特征顯著 而頻率高 波長短的光 粒子性特征顯著 5 實物粒子與波 1 1924年 法國青年物理學家德布羅意在光具有波粒二象性的啟發(fā)下 提出了一個大膽的觀點 一切實物粒子 如電子 原子 分子等 都具有波粒二象性 德布羅意把實物粒子所對應的波叫物質(zhì)波 又稱為德布羅意波 波長表達式為 其中 是波長 p mv稱為動量 h為普朗克常數(shù) 2 物質(zhì)的波粒二象性在實踐中的應用電子顯微鏡的水平分辨率為0 2nm 垂直分辨率為0 1nm 達到了原子尺度 如利用鐵原子排成原子圍欄 特別提醒 1 微觀粒子具有明顯的波動性 宏觀物質(zhì)也具有波動性 但極不明顯 2 光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律 不可把光當成宏觀概念中的波和粒子 光在傳播過程中往往顯示波動性 在與物質(zhì)作用時顯示粒子性 課堂互動講練 答案 3 14 10 19J5 73 1016個 方法總結(jié) 普朗克認為 帶電微粒輻射或者吸收能量時只能是一份一份的 h 其中 是電磁波的頻率 h稱為普朗克常量 h 6 63 10 34J s 在宏觀世界里 一個物理量的取值通常是連續(xù)的 但在微觀世界里 物理量的取值是不連續(xù)的 只能取一些分立的值 變式訓練1一盞電燈發(fā)光功率為100W 假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射 光的平均波長 6 0 10 7m 在距電燈10m遠處 以電燈為球心的球面上 1m2的面積每秒通過的光子 能量子 數(shù)約為 A 2 1017B 2 1016C 2 1015D 2 1023 對波粒二象性的理解 下列對于光的波粒二象性的說法中 正確的是 A 一束傳播的光 有的光是波 有的光是粒子B 光子與電子是同樣一種粒子 光波與機械波是同樣一種波C 光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的D 光是一種波 同時也是一種粒子 光子說并未否定電磁說 在光子能量E h 中 頻率 仍表示的是波的特性 思路點撥 在宏觀現(xiàn)象中 波與粒子是對立的概念 而在微觀世界中 波與粒子可以統(tǒng)一 光既不是宏觀觀念的波 也不是微觀觀念的粒子 光具有波粒二象性是指光在傳播過程中 同物質(zhì)作用時表現(xiàn)出波和粒子的特性 把光理解為宏觀世界的波和粒子是主要錯誤 受宏觀概念中波與粒子對立的思維定勢影響是錯誤的根源 精講精析 光是一種波 同時也是一種粒子 光具有波粒二象性 當光和物質(zhì)作用時 是 一份一份 的 表現(xiàn)出粒子性 單個光子通過雙縫后的落點無法預測 但大量光子通過雙縫后在空間各點出現(xiàn)的可能性可以用波動規(guī)律描述 表現(xiàn)出波動性 粒子性和波動性是光子本身的一種屬性 光子說并未否定電磁說 答案 D 方法總結(jié) 光具有波粒二象性 在一定條件下 突出地表現(xiàn)出微粒性 實質(zhì)為不連續(xù)性 而在另一些條件下 又突出地表現(xiàn)出波動性 變式訓練2對光的認識 以下說法不正確的是 A 個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性 大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B 光的波動性是光子本身的一種屬性 不是光子之間的相互作用引起的C 光表現(xiàn)出波動性時 就不具有粒子性了 光表現(xiàn)出粒子性時 就不具有波動性了D 光的波粒二象性應理解為 在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯 在另外某種場合下 光的粒子性表現(xiàn)明顯 解析 選C 個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性 大量光子的行為表現(xiàn)出波動性 光與物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)出粒子性 光的傳播規(guī)律表現(xiàn)出波動性 光的波動性和粒子性都是光的本質(zhì)屬性 光的波動性表現(xiàn)明顯時仍具有粒子屬性 因為波動性表現(xiàn)為粒子分布概率 光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性 因為大量粒子的個別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律 答案為C 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全