171能量量子化：

1、一、能量量子化一、能量量子化教学目标教学目标 v1、知识与技能、知识与技能（1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射 （2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系（3）了解能量子的概念v2、过程与方法、过程与方法v了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。2一、能量量子化v3、情感态度与价值观、情感态度与价值观v领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。v【重点难点重点难点】v1、重点、重点: v 能量子的概念v2、难点、难点:

2、v 黑体辐射的实验规律3一、能量量子化 19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很世纪末，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、声等都方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律遵循的规律能量转化与守恒定律。当时许多物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。他们认为物理学家都沉醉

3、于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。理学已经发展到头了。4一、能量量子化小故事：小故事：当德国著名物理学家普朗克立志献身理论物理时，当德国著名物理学家普朗克立志献身理论物理时，他的老师劝他：他的老师劝他：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了.” “科学的大厦已经基本完成，后辈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的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。作就行了。” -开尔文开尔文- 也就是说：物理学已经没有什么新东

4、西了，后也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！数点后面在加几位罢了！ “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，人不安的乌云，-”5一、能量量子化 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？ 一朵与黑体辐射有关，一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关。另一朵与迈

5、克尔逊实验有关。 然而然而, 事隔不到一年（事隔不到一年（1900年底），就从第一年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。6一、能量量子化固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化7一、能量量子化一、黑体与黑体辐射一、黑体与黑体辐射1、 热辐射热辐射这种与温度有关这种与温度有关的的辐射，称为热辐射。辐射，称为热辐射。热能热能转化转化为为电磁能电磁能任何物体

6、任何温度均存在热辐射任何物体任何温度均存在热辐射铁块加热：暗红、赤红、橘红、黄白色铁块加热：暗红、赤红、橘红、黄白色室温下，主要成分是波长较长的电磁波（红外线）室温下，主要成分是波长较长的电磁波（红外线）当温度升高时，较短波长的成分越来越强当温度升高时，较短波长的成分越来越强辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而不同辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而不同物体的温度恒定时物体的温度恒定时, ,物体所吸收的能量等于在同一时间物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量内辐射的能量平衡热辐射平衡热辐射2、 黑体黑体 能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反

7、射的物体称为绝对黑体，简称黑体。反射的物体称为绝对黑体，简称黑体。不透明的材料制成带小孔的的空腔不透明的材料制成带小孔的的空腔, ,可近似看作黑体。可近似看作黑体。黑体模型黑体模型 一般物体辐射电磁波一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，的情况除与温度有关外，还与材料及表面状况有关，还与材料及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与其温度按波长的分布只与其温度有关。有关。8一、能量量子化向向远处观察打开的窗子近似黑体远处观察打开的窗子近似黑体0 1 2 3 4 5 6/m1700K1500K1300K1100K辐射强度辐射强度9一、能量量子化 随着温度的升高

8、，各随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的最大值向加，辐射强度的最大值向波长较短的方向移动。波长较短的方向移动。二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律1、 实验规律实验规律o小圆点代表实验值小圆点代表实验值维恩线维恩线瑞利瑞利金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普朗克线普朗克线1234567810一、能量量子化/m辐射强度辐射强度2、 经典理论与实验事实的矛盾经典理论与实验事实的矛盾一、能量量子化11三、能量子三、能量子能量子：能量子：振动着的带电微粒的能量并不象经典物理振动着的带电微粒的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值，只能是某一最小能量学所允许的可具

9、有任意值，只能是某一最小能量 （称为能量子）的整数倍，即：称为能量子）的整数倍，即：， 2， 3。当带。当带电微粒辐射和吸收能量时，也是以这个最小能量值电微粒辐射和吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行。为单位一份一份地进行。频率为频率为 的电磁波的电磁波最小能量为最小能量为h 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。的

10、引入确实反映了新理论的本质。 1918年他荣获诺贝尔物理学奖。年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的姓名和他的墓碑上只刻着他的姓名和sJ10626. 634h12一、能量量子化 1900年年12月月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。岁。普朗克把能量子引入物理学普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了正确地破除了”能量连续能量连续变化变化”的传统观念的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门为我们打开了量子之门, 黑体辐射的

11、研究卓有成效地展现在人们的眼前，黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？之争就此平息了吗？13一、能量量子化 新的难题新的难题：1888年，霍瓦年，霍瓦（Hallwachs）发现一发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近近10年以年以后，后，1897年年，J.Thomson发现了电子发现了电子 ，此时，此时，人们人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子电子被称作光电子（photoelectron），），相应的效应相应的效应叫做光电效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？ 一、能量量子化14小结小结 一、黑体与黑