第三章電磁場與電磁波初步第5節(jié)微觀世界的量子化1了解光的波粒二象性，知道波粒二象性是微觀世界的共性。2了解能量子和能級的概念。3知道原子躍遷時(shí)吸收或輻射光子的能量。20世紀(jì)初，物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)嶄新的階段，一般稱為近代物理，其物理基礎(chǔ)是相對論和量子力學(xué)。狹義相對論的研究對象是物體運(yùn)動速度接近光速的領(lǐng)域。它顛覆了傳統(tǒng)的時(shí)空觀。牛頓力學(xué)只是相對論在運(yùn)動速度遠(yuǎn)低于光速情況下的一種近似。量子力學(xué)的研究對象是微觀世界。微觀粒子表現(xiàn)出與宏觀世界迥然不同的性質(zhì)。本節(jié)粗略地介紹波粒二象性和能量量子化這兩個(gè)問題光給了我們一個(gè)明亮美麗的世界，可是它自己卻像一團(tuán)謎。一、波粒二象性人們不斷爭論著光的問題：光到底是什么？牛頓主張微粒說：光是很小的高速運(yùn)動的粒子流?；莞拐J(rèn)為光是一種波。一、波粒二象性干涉和衍射現(xiàn)象是波動特有的現(xiàn)象。光的干涉光的衍射19世紀(jì)初，光的干涉和衍射現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中被觀察到，于是波動說占據(jù)了統(tǒng)治地位，后來麥克斯韋更進(jìn)一步說明光是一種電磁波。一、波粒二象性19世紀(jì)末，光電效應(yīng)等現(xiàn)象證明了光具有粒子性愛因斯坦為了解釋光電效應(yīng)，提出了光子說，他認(rèn)為在空間傳播的光是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡稱光子。一、波粒二象性觀察鐵釘?shù)念伾兓?，思考產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因？多學(xué)一點(diǎn)：最早提出量子論的科學(xué)家固體或液體在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。鐵塊從發(fā)熱到發(fā)光的顏色變化無論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，所輻射的能量及波長的分布都隨溫度的變化而變化。常溫鐵黑灰除了熱輻射之外，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。一些物體在光線照射下看起來比較黑，那是因?yàn)樗针姶挪ǖ哪芰^強(qiáng)，而反射電磁波的能力較弱。黑體：表面能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。高溫鐵黃白

物理學(xué)家總是力圖用已有的知識來解釋新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象和規(guī)律。那么，怎樣解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律呢?大家知道，物體中存在著不停運(yùn)動的帶電微粒，按照當(dāng)時(shí)物理學(xué)的認(rèn)識。每個(gè)帶電微粒的振動都產(chǎn)生變化的電磁場，從而產(chǎn)生電磁輻射。于是，人們很自然地要依據(jù)熱學(xué)和電磁學(xué)的知識尋求黑體輻射的理論解釋。但是，用經(jīng)典的電磁理論解釋黑體輻射的規(guī)律時(shí)遇到了嚴(yán)重的困難。一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。在研究熱輻射的規(guī)律時(shí)，人們特別注意對黑體輻射的研究。為了對黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律做出解釋，德國物理學(xué)家普朗克不得不承認(rèn)：微觀世界的某些規(guī)律，在我們宏觀世界看來可能非常奇怪。1.定義：普朗克認(rèn)為，振動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。例如，可能是ε或2ε、3ε…當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。M.Planck

德國人1858－19472.能量子大?。簩τ陬l率為ν的能量子，它的大小：ε=hν

h=6.626

10-34J/s——普朗克常量一、波粒二象性波動和粒子，在宏觀世界中是完全不同的宏觀物體的波動性我們檢測不到。波是連續(xù)的，粒子是分離的。光既具有波動性，又具有粒子性，可以說光既是電磁波，也是光子流。1.光是具有“波粒二象性”的電磁性物質(zhì)。2.波粒二象性是微觀世界的共性。實(shí)驗(yàn)證明電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子同樣具有波動性。電子的衍射往酒精燈的火焰上撒一些食鹽（氯化鈉），會看到火焰的顏色變成黃色，這是金屬鈉原子發(fā)出的光。二、能量量子化經(jīng)光譜檢驗(yàn)，它是兩條分立的譜線，位于可見光的黃色部分。鈉原子的光譜用如圖的分光鏡觀察到的氫原子的光譜在可見光范圍內(nèi)是四條分立的明線。氫原子的光譜二、能量量子化1.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。12345

n-13.6-3.4-1.51-0.850E/eV基態(tài)激發(fā)態(tài)①基態(tài)：通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)②激發(fā)態(tài)：能量較高的狀態(tài)。量子數(shù)能量值二、能量量子化2.能級躍遷：當(dāng)氫原子的能量發(fā)生變化時(shí)，只能從某個(gè)能級“跳躍”到另一個(gè)能級從低能級躍遷到高能級，必須吸收能量12345

n-13.6-3.4-1.51-0.850E/eV吸收能量釋放能量從高能級躍遷到低能級，則要釋放能量吸收或釋放能量等于兩能級差2.能級躍遷：12345

n-13.6-3.4-1.51-0.850E/eV氫原子的光譜3→24→25→26→2當(dāng)波粒二象性和能量量子化，是微觀世界的奇異性質(zhì)，它顛覆了人類幾千年來觀察身邊自然現(xiàn)象而形成的既有觀念。然而這樣的對物質(zhì)世界認(rèn)識的不斷進(jìn)步正是物理學(xué)的發(fā)展軌跡。一、波粒二象性二、能量量子化

1.（多選）關(guān)于對能量子的認(rèn)識，下列說法正確的是（

）A.振動著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB.帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C.能量子與電磁波的頻率成正比D.這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的解析

由普朗克能量子假說可知，帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A錯(cuò)誤，B正確；最小能量值ε＝hν，C正確；能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不是與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，故D錯(cuò)誤。BC2.