高一物理教課件：第三、四節(jié)《量子化現(xiàn)象》《物理——人類文明進步的階梯》（粵教版必修2）

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歡迎進入物理課堂 第三 四節(jié)量子化現(xiàn)象物理學 人類文明進步的階梯 1 初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象 知道量子論的主要內(nèi)容 2 知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點 了解光的波粒二象性 3 了解物理學與自然科學其他領域的關系 知道物理學的研究成果和研究方法對自然科學的影響和促進作用 4 了解物理學對現(xiàn)代科學技術發(fā)展的推動 體會物理學的巨大影響和作用 十九世紀末二十世紀初 科學家在研究黑體輻射 光電效應 原子光譜和原子的穩(wěn)定性等問題時發(fā)現(xiàn) 許多現(xiàn)象與經(jīng)典物理學的觀念產(chǎn)生了尖銳的矛盾 暴露了經(jīng)典物理學的局限性 從而引發(fā)了物理學的另一場革命 量子論的建立 使人們對物質(zhì)的認識由宏觀世界進入微觀世界 一黑體輻射 能量子假說的提出 能把照射到它上面的色光全部吸收而無反射的物體叫黑體 黑體輻射是指黑體發(fā)出的電磁輻射 如一塊鐵近似看成黑體 當給它加熱 它吸收熱能后 鐵塊首先變成暗紅 然后變黃變白 發(fā)出耀眼的光線 這就叫黑體輻射 經(jīng)典物理學關于能量連續(xù)性的概念不能解釋上述黑體輻射的現(xiàn)象 表明經(jīng)典物理學關于能量連續(xù)性的概念不能適用微觀世界的一些問題 預示著原有的理論存在缺陷 普朗克為了克服經(jīng)典物理學對黑體輻射現(xiàn)象解釋的困難 提出了 能量子 假說 問題 普朗克的 能量子 假說與宏觀世界中我們對能量的認識有什么不同 過去人們認為一切自然過程都是連續(xù)的 比如能量的傳遞和釋放過程中宏觀狀態(tài)下的能量總是由一切微觀狀態(tài)下連續(xù)排列組合而成 中間不間斷 因此 普朗克的 能量子 假說是對經(jīng)典物理學理論的重大突破 討論與交流 4 能量子假說 所謂能量子就是能量的最小單元 微觀領域里能量的變化總表現(xiàn)為電磁波的輻射與吸收 不同頻率的電磁波其能量子的值不同 表達式為 E h 其中 是電磁波的頻率 h是一個普遍適用的常量 稱作普朗克常量 由實驗測得h 6 63 10 34J s 5 能量的量子化在微觀領域里能量的不連續(xù)變化 即只能取分立值的現(xiàn)象 叫做能量的量子化 普朗克的能量子假說不僅解決了黑體輻射的理論困難 而且揭開了物理學上嶄新的篇章 二光子說 對光電效應的解釋 1 光電效應 當光線 包括不可見光 照射到金屬表面時 有電子從金屬表面發(fā)射出來的現(xiàn)象 發(fā)射出來的電子就是光電子 實驗表明 光電效應現(xiàn)象能否發(fā)生不是取決于光的強度而是取決于照射光的頻率 極限頻率的存在是與經(jīng)典物理學的理論矛盾最尖銳的地方 2 光子 愛因斯坦光也是一種電磁波 光的最小能量單元就是光子 實際就是一種能量子 其能量為 E h 3 光子說對光電效應的解釋 一個電子只能吸收一個光子 電子吸收光子的能量向外 運動 時 要克服金屬的束縛作用而消耗能量 叫做金屬的逸出功 吸收的光子能量要能足夠克服金屬的束縛作用 電子才能夠發(fā)射出來 光電效應演示實驗 三光的波粒二象性 光的本質(zhì)揭示 1 光可以發(fā)生干涉現(xiàn)象 衍射現(xiàn)象與偏振現(xiàn)象 因此經(jīng)典理論有 波動說 即光具有波動性 2 光電效應 說明光還具有 粒子性 因此 光具有 波動性 同時也具有 粒子性 即光具有 波粒二象性 3 在微觀世界中 大量光子運動產(chǎn)生的效果顯示出波動性 個別光子運動產(chǎn)生的效果顯示出粒子性 光在傳播時顯示波動性 與物質(zhì)發(fā)生作用時往往顯示粒子性 四原子光譜 原子能量的不連續(xù) 1 經(jīng)典理論與實驗的矛盾 經(jīng)典理論 能量是連續(xù)變化的 原子發(fā)光的光譜是連續(xù)譜 實驗結論 原子發(fā)光的光譜是不連續(xù)的線狀譜 原子光譜2 原子光譜的解釋 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 當原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時 輻射 或吸收 一定頻率的光子 輻射 或吸收 的光子的能量是不連續(xù)的 結論 量子化現(xiàn)象是微觀世界的普遍現(xiàn)象 這與經(jīng)典理論產(chǎn)生尖銳矛盾 這暴露了經(jīng)典物理學的局限性 宏觀 低速 從而引發(fā)了物理學的革命 量子論的建立 使人類對物質(zhì)的認識由宏觀領域進入微觀領域 物理學是一門自然科學 是研究物質(zhì)存在的基本形式 本質(zhì)和運動規(guī)律 及物體之間的相互作用和轉化的規(guī)律的科學 它崇尚理性 重視邏輯推理 可以說物理學是關于 萬物之理 的科學 物理學能讓你變得更睿智 物理學能讓你變得更哲學 物理學能讓你邁進科學的殿堂 五物理學 人類文明進步的階梯 1 物理學與自然科學 人類文明進步的基石2 物理學與現(xiàn)代技術 人類文明進步的推動力物理學的基礎性 技術性 思想性使之成為推動人類文明進步的重要力量 1 基礎性物理學是基礎自然科學 物理學的研究成果和研究方法直接應用于化學 生物 地理 氣象等自然科學 大大加速了自然科學的發(fā)展和分化獨立 甚至形成了新的獨立學科或分支學科 如天體物理學 空間物理學 地球物理學 流體力學 生物物理 物理化學 量子化學等 使人們更全面地探索 認識自然界的規(guī)律 2 技術性物理學幾乎是一切工程科學的基礎 物理學的成就直接發(fā)展了各種各樣的工程技術 形成了今天門類齊全 多樣的工業(yè)體系 今天的許多高新技術也仍然是以物理學的研究成果為基礎的 這些工程技術的發(fā)展應用 極大地提高了社會生產(chǎn)力水平 改變了人類的生活 生產(chǎn)方式 創(chuàng)造了輝煌的物質(zhì)文明 比如 機械 建筑科學就是經(jīng)典力學原理的實際運用 今天的電力 電子工業(yè)就是電磁學發(fā)展的結果 光學特別是激光技術使得光纖通信 互聯(lián)網(wǎng) 激光醫(yī)學等蓬勃發(fā)展 在萬有引力定律基礎上發(fā)展起來的航天技術使得人類的足跡不斷地向宇宙深處延伸 3 思想性物理學在自身的發(fā)展進步過程中積累的思想方法是人類思想領域的瑰寶 這些思想方法和物理學的研究成就一起在改善人們的生產(chǎn) 生活條件的同時 也改變著人們的思維方式 指引著人們破除迷信 消除愚昧 尊重客觀事實 尊重科學 不斷追求真 善 美 推動人類文明的車輪滾滾向前 人類社會歷史上的幾次工業(yè)革命都是以物理學的重大成果為基礎的 牛頓力學 熱學的發(fā)展導致了第一次工業(yè)革命 使人類進入蒸汽機時代 解放了人的體力 電磁技術的突破性成就迎來了第二次工業(yè)革命 人類進入了電氣化時代 量子理論 相對論使得核物理學取得重大突破 引發(fā)了第三次工業(yè)革命 人類進入了原子能時代 1 在演示光電效應的實驗中 原來不帶電的 塊鋅板與靈敏驗電器相連 用弧光燈照射鋅板 驗電器的指針就張開一個角度 如圖所示 這時 A 鋅板帶正電指針帶負電B 鋅板帶正電指針帶正電C 鋅板帶負電指針帶正電D 鋅板帶負電指針帶負電 解析 弧光燈發(fā)出的紫外線照射到鋅板上 鋅板表面會逸出光電子 鋅板失去電子后帶正電 驗電器與鋅板相連 所以驗電器的指針也同樣帶正電 故應選B 2 關于光的本性 下列說法中正確的是 A 關于光的本性 牛頓提出微粒說 惠更斯提出波動說 愛因斯坦提出光子說 它們都說明了光的本性B 光具有波粒二象性是指 既可以把光看成宏觀概念上的波 也可以看成微觀概念上的粒子C 光的干涉 衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 光電效應說明光具有粒子性D 光的波粒二象性是將牛頓的波動說和惠更斯的粒子說真正有機地統(tǒng)一起來 解析 光具有波粒二象性 這是現(xiàn)代物理學關于光的本性的認識 光的波粒二象性不同于牛頓提出的微粒說和惠更斯的波動說 是愛因斯坦的光子說和麥克斯韋的電磁說的統(tǒng)一 光的干涉 衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 光電效應說明光具有粒子性 故A B D錯誤 C對 答案 C 1 光電效應 在光的照射下 物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象叫做光電效應 發(fā)射出來的電子叫光電子 2 光既具有波的特性又具有粒子的特性 3 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中 當原子從一種能量狀態(tài)變化到另一種能量狀態(tài)時 輻射 或吸收 一定頻率的光子 輻射 或吸收 的光子的能量是不連續(xù)的 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