第十三章

電磁感應(yīng)與電磁波初步13.5能量量子化目錄二、知識(shí)講解三、小結(jié)四、練習(xí)一、上節(jié)回溯一、上節(jié)回溯1．電磁場(chǎng)；2．電磁波；3．電磁波譜；4．電磁波是一種真正存在的物質(zhì)，且具有能量。二、知識(shí)講解——熱輻射把鐵塊投進(jìn)火爐里，剛開(kāi)始只是發(fā)熱并不發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊會(huì)慢慢變紅，開(kāi)始發(fā)光。鐵塊依次呈現(xiàn)暗紅、赤紅、橘紅等顏色，直至成為黃白色。為什么會(huì)有這樣的變化呢？問(wèn)題引入熱輻射二、知識(shí)講解——熱輻射我們周?chē)囊磺形矬w都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。物體在室溫時(shí)，熱輻射的主要成分是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波，不能引起人的視覺(jué)。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱輻射中波長(zhǎng)較短的成分越來(lái)越強(qiáng)。

例如，隨著溫度升高，鐵塊從發(fā)熱到發(fā)光，鐵塊的顏色也在不斷發(fā)生變化。熱輻射二、知識(shí)講解——熱輻射

大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同。固體在溫度升高時(shí)的顏色變化800K1000K1200K1400K黑體輻射二、知識(shí)講解——熱輻射物體表面會(huì)吸收和反射外界射來(lái)的電磁波。

如果某種物體在任何溫度下，都能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就叫作絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。黑體不反射電磁波，卻可以向外輻射電磁波。黑體模型黑體輻射二、知識(shí)講解——熱輻射黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與它的溫度有關(guān)，因此研究黑體輻射是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。特點(diǎn)：隨溫度的升高1．各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都在增加；2．輻射強(qiáng)度的峰值向短波方向移動(dòng)。黑體輻射實(shí)驗(yàn)的規(guī)律二、知識(shí)講解——能量子物理學(xué)家用經(jīng)典電磁理論解釋黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律時(shí)遇到了嚴(yán)重的困難。紫外災(zāi)難實(shí)驗(yàn)值M0(λ

,T)λ維恩公式瑞利公式（1）維恩公式：短波符合，長(zhǎng)波不符合；（2）瑞利公式：長(zhǎng)波符合，短波荒唐?！贤鉃?zāi)難能量子二、知識(shí)講解——能量子為了得出同實(shí)驗(yàn)相符的黑體輻射公式，德國(guó)物理學(xué)家普朗克進(jìn)行了多種嘗試，進(jìn)行了激烈的思想斗爭(zhēng)，最后不得不承認(rèn)：微觀世界的某些規(guī)律在我們宏觀世界看來(lái)可能非常奇怪。普朗克假設(shè)：能量在發(fā)射和吸收的時(shí)候，不是連續(xù)不斷，而是分成一份一份的。振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε

的整數(shù)倍。ε＝hν

其中

ν

為電磁波的頻率，h

是一個(gè)常量，后人稱之為普朗克常量，其值為h＝6.62607015×10-34J·s能量子二、知識(shí)講解——能量子受到普朗克能量子假設(shè)的啟發(fā)，年輕的愛(ài)因斯坦認(rèn)為電磁場(chǎng)本身就是不連續(xù)的。也就是說(shuō)光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的。這些能量子后來(lái)被稱為光子。二、知識(shí)講解——能級(jí)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(jí)。

通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)，這是最穩(wěn)定的。氣體放電管中的原子受到高速電子的撞擊，有可能會(huì)躍遷到較高的能級(jí)狀態(tài)。這些狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)的向較低的能級(jí)躍遷，放出光子。

原子的能級(jí)是分立的，所以釋放的光子的能量也是分立的。因此原子的發(fā)射光譜也是分立的亮線。能級(jí)量子力學(xué)二、知識(shí)講解——能級(jí)

19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，物理學(xué)研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律大多不能用經(jīng)典力學(xué)來(lái)解釋。20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立了，它在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。激光技術(shù)光纖通信科學(xué)漫步二、知識(shí)講解——能級(jí)“聆聽(tīng)”宇宙中國(guó)天眼三、小結(jié)1．熱輻射；2．黑體；3．能量子：ε＝hν

；

4．能級(jí)。

1．對(duì)應(yīng)于7.4×10-19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少？四、練習(xí)

2．氦氖激光器發(fā)射波長(zhǎng)為632.8nm的單色光，這種光的一個(gè)光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18mW，則每秒發(fā)射多少個(gè)光子？四、練習(xí)

3．晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍(lán)。對(duì)于“紅星”和“