能量量子化-完整版获奖课件

1、17.1 能量量子化 19世纪末页，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4月27日，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: “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-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

2、再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 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，-”光速不变黑体辐射。讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了”晴朗天空中的两朵乌云天边的两朵乌云这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，一朵与迈克尔逊实验有关。 然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中诞生了量子论，紧接着(1905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动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。近代物理学的建立（20世纪

3、） 迈克尔逊莫雷实验 黑体辐射实验 相对论 量子论 量子力学两朵乌云引发的新纪元黑体辐射量子物理光的速度相对论问题引导：阅读课本回答下列问题什么是热辐射？温度越高热辐射中成分有何变化？衣服为什么会显示不同颜色?加了钠盐的酒精灯为什么会显示黄色？什么是黑体？黑体辐射有什么特性？为什么要研究黑体？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，温度不同时 辐射的波长分布不同1. 热辐射现象黑体与 黑体辐射 温度不同，热辐射的电磁波能量不同。加热铁钉过程，随着温度的升高，发光的颜色不同， 暗红橙色黄色白色物体热辐射的辐射强度和哪些因素有关呢？温度 发射的能量

4、电磁波的短波成分如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯昏黄色贼亮 刺眼 对热辐射的初步认识任何物体任何温度均存在热辐射温度 发射的能量电磁波的短波成分如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯昏黄色贼亮 刺眼直觉: 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光二、平衡热辐射 加热一物体 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物体在热辐射之外，还会吸收、反射外界射来的电磁波。不透明体外来各种波长的辐射能反射某些波长的辐射能吸收某些波长的辐射能（随物而异）发射各种波长的热辐射能（随物而异）TT一处于某温度实际物体热辐射的

5、复杂性（随物而异） 热辐射的辐射强度与温度、物体种类及其表面情况有关，太复杂了，怎么去研究热辐射的规律呢？黑体辐射加热空腔黑体模型 ：炼钢炉上的小洞空腔上的小孔能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体2. 黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。黑体模型 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 实验装置：实验室中的黑体实验装置T平行光管三棱镜T生活中的黑体与黑体辐射哪里是黑体？哪里是黑体辐射？黑体辐射的实验规律观察图中横、纵坐标轴表示的物理量，回答下面的问题：每一条图线都有起伏，说明什么问题？几条图线对比，在同一波长附

6、近，辐射强度与温度什么关系？几条图线对比，辐射强度的最大值有什么特点？黑体辐射的规律一般物体： 辐射电磁波的情况与温度、材料的种类、表面状况均有关。 黑体：辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关。 各种波长的辐射强度都有增加辐射强度的极大值向波长较短方向移动 黑体辐射的规律: 随着温度的升高辐射强度瑞利 金斯公式(1900年)维恩公式(1896年)试验曲线 经典物理的困难紫外灾难瑞利 金斯公式(1900年)维恩公式(1896年)试验曲线在全波段与实验结果惊人符合！普朗克公式(1900年10月)辐射强度普朗克问： 为什么理想黑体的光谱竟像万有引力一样与物质的化学性质无关呢？黑体辐射理论的逻辑关

7、系结论1894年德国维恩经典热力学玻尔兹曼的分子运动1900年6月瑞利、金斯：麦克斯韦电磁场理论（黑体辐射是分子发出的电磁波）结论紫外灾难失败结论内插法理论：分析动理论+能量量子化结合1、2+能量量子化：成功！失败普朗克假设 普朗克黑体辐射公式（1900 年）普朗克常量 能量子 为单元来吸收或发射能量. 普朗克认为：金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子，它吸收或者发射电磁辐射能量时，不是过去经典物理认为的那样可以连续的吸收或发射能量，而是以与振子的频率成正比的 空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物理学中能量连续的观念。3.能量子假说：辐射黑体

8、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。 对于频率为的谐振子最小能量为能量量子经典o实验值/m维恩线瑞利-金斯线紫外灾难普朗克线12345678黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。量子世界的开创他对儿子说，自己的发现“要么是荒诞无稽的，要么也许是牛顿以来物理学最伟大的发现之一。”他说：“在将作用量子h引入理论时，应当尽可能保守从事；这就是说，除非绝对

9、必要，否则不要改变现有理论。”世界上第一个不连续！普朗克于1918年获诺贝尔奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和h6.6261034J.s量子观点：改变了大半个物理世界的根基，颠覆了整个化学世界！普朗克18581947o实验值/m维恩线瑞利-金斯线紫外灾难普朗克线12345678黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。 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h的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。 他的墓碑上只刻着他的姓名和普朗克（Planck）（18581947） 德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人，1918年诺贝尔物理学奖金的获得者。 普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，这是物理学史上的一次巨大变革。 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，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，但真理与谬误之争就此平息了吗？物理难题：1888年，霍瓦(Hallwac