《能量量子化》PPT课件.ppt

,材料鉴赏： 19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。 在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。 另外还找到了力、电、光、声-等都遵循的规律-能量转化与守恒定律。 当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。,1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:,“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” (开尔文),但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，”,这两朵乌云是指什么呢？,黑体辐射实验,迈克尔逊- 莫雷实验,后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。,普朗克量子力学的诞生,相对论问世,这两朵乌云到底是什么回事呢？,量子力学,相对论,微观领域,高速领域,经典力学,思考与讨论1: 在火炉旁边有什么感觉? 投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会有是什么颜色？,一、热辐射现象,固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。,固体在温度升高时颜色的变化,无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度而变化。,例如，铁块随着温度升高： 现象： 回忆：可见光中各色光的波长频率大小关系？ 你了解多少不可见光的知识？ 表明：辐射强度及波长的分布随温度变化； 随着温度升高，电磁波的短波成分增加。,不发光,暗红,赤红,橘红,黄白色,注意： 激光、日光灯发光不是热辐射 热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。,思考与讨论2：一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？,二、黑体与黑体辐射 物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。 如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。,不透明材料制成的带小孔的空腔。,说明：黑体是个理想化的模型。 例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。,三、黑体辐射的实验规律 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 1、测量黑体辐射的实验原理图： 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。,。,2、辐射强度： 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。,发现：随温度的升高 各种波长的辐射强度都在增加； 绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动,辐射强度,3、经典物理学所遇到的困难解释实验曲线 一朵令人不安的乌云,1）维恩的半经验公式： 短波符合；长波不符合 2）瑞利-金斯公式： 长波符合；短波荒唐 -紫外灾难,经典物理学的局限性, 普朗克能量子假说 辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍 E=n n=1,2, 叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数能量量子化 谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量 对于频率为 的谐振子，最小能量为： =h ,h=6.62610-34Js 普朗克常量,四、能量子：超越牛顿的发现,辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：1，2，3， . n。n为正整数，称为量子数。,能量,意义：（阅读书本p29） Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。,黑体辐射公式： 1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式,M.Planck 德国人 18581947,【例1】下列叙述正确的是（ ） A一切物体都在辐射电磁波 B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,ACD,【例2】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理? 答案 根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度,【例3】对应于3.4l0-l9J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？它是什么颜色？,解析 根据公式=h和=c/得 =/h=5.131014Hz =c/=5.8510-7m 5.1310-14Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5.85l07m。,问题: 既然灯向外辐射的光能是分立的，一份份的。 为何我们看不到灯的亮度发生变化？,结论： 1、在宏观尺度内研究物