师：同学们，今天我们一起来学习粤教版高二物理必修三第六章第五节量子化现象。本节课有三个学习目标：一是初步了解微观世界中的量子化现象，知道量子论的主要内容；二是知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，了解光的波粒二象性；三是知道量子论的建立不仅是物理学的革命，对人类认识世界和科技发展也具有重要影响。下面开始本节课的学习。首先回顾上节课内容，上节课我们学习了电磁波及其应用。电磁波是个庞大的家族，从无线电波到可见光、X射线，不同频率的电磁波既有共同性质，又有不同特征，因此应用非常广泛，为信息传播插上翅膀，承载并传播信息，在充当信息传播媒介方面起着重要作用。
随着社会进步和科学发展，19世纪末到20世纪初，物理学家在研究黑体辐射、光电效应、原子光谱和原子稳定性等问题时，发现这些现象很难用经典物理理论解释。普朗克、爱因斯坦等物理学家大胆提出量子假说，掀起了物理学史的一场革命。量子论的建立改变了人们对物质世界的认识。
19世纪60年代，麦克斯韦建立电磁场理论。基于此理论，他预言电磁波的存在，并从理论上推算出电磁波在真空中传输的速度与光的速度十分接近。麦克斯韦认为这并非巧合，光和电磁波的物理本质相同，光是一种电磁波，通过电场和磁场的相互激发可在真空中传播。1888年，赫兹用实验验证了电磁波的存在，并证明电磁波和光一样具有反射、折射、干涉和衍射等性质。他还通过实验测出一定频率电磁波的波长，算出电磁波速度，证明其与光速相等。由此，物理学家认识到可见光是某一段波长范围的电磁波。
生活中，我们能看到给铁加热的过程，随着铁块温度升高，铁块颜色由不发光到暗红，再到赤红、橘红，最后到黄白色。为什么我们肉眼能看到铁块颜色变化呢？主要是铁块发出和反射的光进入我们眼睛，这说明物体在此过程中有光发射出来。光是一种电磁波，也就意味着物体在辐射，辐射出的电磁波是由于物体的原子和分子受到激发产生的，这种与温度有关的辐射，我们称之为热辐射。接下来研究一下物体辐射出来的电磁波有什么特点。
首先要知道，一个物体会接收外来各种波长的辐射，吸收某些波长的辐射，反射某些波长的辐射，同时自身发射各种波长的热辐射。所以我们看到衣服在不同环境可能呈现不同颜色，主要原因是反射出来的电磁波存在差异。利用物体发射电磁波的性质，这一规律在生活中有广泛应用，例如红外测温仪，非接触式红外人体测温仪在技术上迅速发展。比起接触式测温方法，红外测温响应时间快、非接触、使用安全，还有热成像等技术。其原理是物体每时每刻向外界发出相应的红外线，通过红外线测温仪能准确检测到物体发出红外线的波长。仪器获得数据后，根据波长情况分析出物体温度，通过仪器中的光学汇聚系统测量物体温度的分布情况，测量出来的波长会在光电探测仪上转变为相应的电信号，包括红外夜视仪、热成像等等。
为了更准确研究物体辐射出来的电磁波的特点，我们假设有这样一个物体，它能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，不仅可见光被吸收，其他所有波长的电磁波也都被吸收，辐射出来的电磁波只有自身发射的，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。绝对黑体实际上不存在，它是我们假想出来的物理模型，运用了物理的理想模型法。虽然黑体不存在，但可以用某些装置近似代替。
如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。通过小孔进入腔内的辐射能很难反射出来，从小孔出射的机会极小，几乎全部被腔壁吸收，从小口出射的就是处于某一温度的实验黑体辐射出来的电磁波，进而探索其能谱分布规律。
黑体辐射的实验规律通过实验得到了黑体在不同温度下辐射电磁波的辐射强度随波长变化的图像。黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关：一是随着温度升高，各种波长的辐射强度都增加；二是绝对黑体温度升高时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
对于这些规律的解释：
维恩和瑞丽的理论解释：维恩公式在短波区与实验非常接近，但在长波区与实验偏离很大；瑞丽公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符。
普兰克公式：普兰克受到瑞利 - 金斯和维恩提出的辐射强度随波长及温度变化公式的影响。最终，普兰克尝试从电磁学、力学、统计物理学等物理学基本理论出发，在1900年底发现，如果要推出这个公式，就必须假定组成黑体的震动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量的整数倍。当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位，一份一份地辐射或吸收。这个不可再分的最小能量值叫做能量子，每一份能量的大小用普朗克常量乘以光的频率。普朗克的能量假设，即物体辐射或者吸收能量只能一份一份地按不连续的方式，不仅成功解决了热辐射中的难题，还开创了物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。
普朗克常量h是自然界中最基本的常量之一，数值为h = 6.626×10?3?焦·秒，它体现了微观世界的基本特征。19世纪80年代，人们发现某些金属材料在光照射下会带电。例如把芯片放在紫外线下照射，用验电器检验芯片，可发现芯片带正电。后来明白这是由于芯片在紫外线照射下发射电子的缘故，这种金属在光照射下发射电子的现象被称为光电效应，发射出来的电子被称为光电子。这看似简单的现象却引发了物理学思想上的一次飞跃，也成就了光电技术在各领域的广泛应用。
普朗克能量量子化认为电磁波的辐射和吸收是不连续的，一份一份的，每一份叫做一个能量子。爱因斯坦在普朗克量子假说基础上进一步假设，建立起光电效应理论。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，每一份称为光量子，简称光子，光子的能量E = hν。光电效应是指当光照在金属上，有时会有电子从金属表面溢出的现象，逸出的电子被称为光电子。光子能量E = hν，h为普朗克常量，ν为光子的频率。金属中的电子吸收一个光子获得能量hν，一部分能量被电子用来脱离原子核，从而脱离金属，剩下的是溢出后电子的初动能。电子一次性吸收光子全部能量，不需要时间积累，光电流几乎瞬间发生，每个电子只能吸收一个光子，同时吸收两个光子的概率几乎为零。