量子物理初步省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

量子物理初步1/15（3）绝对黑体——只吸收辐射能而不反射物体，理想模型。自然界中吸收能力最强煤烟和黑色珐琅质吸收能力为：99%。黑体模型：见图，小孔可视为黑体表面。测量小孔辐射能量规律，即为黑体辐射规律。测量装置：黑体平行光管棱镜热电偶2/15一.量子物理建立1.晴朗天空中另一朵乌云——黑体辐射规律（1）热辐射现象物体辐射电磁波解释：物体内分子或原子可视为带电线性谐振子，振动时将辐射电磁波。谐振子振动频率各不相同，辐射电磁波中含有各种波长，同一频率谐振子个数不一样，不一样波长辐射能量也不一样。（2）描述辐射物理量单色辐出度Mλ(T)——在λ—λ+dλ范围内物体单位面积上辐射功率。辐出度M(T)——物体单位面积上辐射功率辐出度与温度及物体相关。3/15热电偶在不一样方位可测出波长不一样电磁波对应能量。试验曲线以下：Mλλ对此试验曲线，1893年维恩用类比法（将黑体能谱分布假设与麦克斯威速率分布一致）得到一理论公式，但仅在短波处吻合。19瑞利（LordRayleigh）与金斯（J.HJeans）用能均分定理（每个谐振子能量均为kT）导出另一公式，但仅在长波处相近，在短波处Mλ→∞,物理学史上称为紫外灾难。4/152.普朗克假说普朗克：1858年生于德国基尔，著名物理学家，量子理论创始人。19普朗克在维恩与瑞利公式启发下，尝试在二人公式之间建立一个内插式公式，使它在长波方面靠近瑞利公式，短波方面靠近维恩公式，经过努力取得成功，并以《论维恩位移公式改进》为题于1900.10.19公布在德国物理学会年会上。发表当晚，德国试验物理学家鲁本斯就将此公式与其拥有试验数据进行比较，结果发觉准确相符。原来普朗克是将试验数据与两个不正确公式凑出一个半经验公式，从理论上得不到任何解释。普朗克曾说：“即使这个新辐射公式竟然证实是绝对正确，不过假如把它仅仅看作是一个侥幸揣测出来内插式公式，那么它5/15价值也是有限。”在有了试验支持后，普朗克开始了两个月担心工作，他认为这两个月是他一生中最困难时期，他发觉，要想合了解释自己提出新公式，只有冒天下之大不违，提出一个假说，物体在发射或吸收辐射时能量是不连续，机械镇子能量值是分离，只能是某一最小能量整倍数。ε，2ε，3ε，4ε，…振动频率为ν谐振子最小能量为1900.12.14普朗克以《正常光谱中能量分布理论》为题宣告了自己大胆假设及由此而推导公式简便方法。这一天后被视为量子理论及原子物理6/15诞生日。与经典理论冲突：从十七世纪牛顿力学创建以来，以及微积分建立，一切自然过程都被理所当然视为连续。法国大数学家莱布尼兹曾说：“现在把未来抱在怀中，任何一个给定状态只能用紧接在前面那个状态来解释，假如对这一点提出疑问，那么世界将会展现许多间隙，而这些间隙就会将这条含有充分理由普遍规律推翻，结果迫使我们不得不乞求于奇迹或纯粹机遇来解释自然现象了。”他还说：“自然界无跳跃”普朗克理论遭遇：因为经典理论辉煌成就，普朗克理论在发表7/15十年里一直极少受人重视。在19出版《自然科学和技术史手册》上详细列举了19全世界120项发觉与创造，未提及普朗克发觉。因为外界反应冷淡，及本身传统观念束缚，普朗克对自己理论正确性也产生了怀疑，他说他理论“纯粹是一个形式上假设”。他告诫自己与他人“在将作用量子h引入理论时，应该尽可能保守从事，除非证实绝对必要，不然不要改变现有理论”。在爱因斯坦提出光量子理论时，首先反正确是普朗克，他说爱因斯坦“在思变中走太远了，迷失了方向”。在19，他开始对他量子概念在条件上加以限制，认为黑体只有在发射电磁波时才是不连续，19以后，他甚至认为，只有再做一些努力，他就能够用经典理论得出他公式，到19他完全8/15放弃了量子理论，今后他对量子理论再未起任何作用。对自己后退行为，普朗克曾做过自我评价，他说：“企图使基本作用量子与经典理论调和起来这种徒劳无益打算，我连续了很多年（直到19），它使我付出了巨大精力。我许多同僚们认为这近乎一个悲剧，不过我对此有不一样看法。因为我由此而取得透彻启示是更有价值。”为表彰普朗克对量子理论开创所做出不朽贡献，19他取得了诺贝尔物理学奖。3.光子理论提出（1）光电效应试验现象：光照射金属表面使其逸出电子现象。9/15试验结果：存在红线频率——使电子逸出金属表面频率下限。驰豫时间：光照射金属表面电子逸出时间。不论光强大小，电子逸出时间几乎使瞬时，10-9s。波动学说无法解释：红线频率：波动理论，光能量正比与光强，只要光强足够大，时间足够长，电子总能够吸收足够能量克服金属表面束缚，不应有红限频率。驰豫时间：波动理论，电子吸收能量需要时间，时间长短与光强相关。爱因斯坦从普朗克能量子假设中受到启发，他认为谐振子在发射与吸收时是量子化，辐射能10/15本身也是量子化，他把光想象成一束以光速运动粒子流，粒子被称为光量子，现称光子。光子能量：光子动量：光电效应方程：光子理论能够很好解释光电效应，但在19，这种提法被大多数物理学家视为数学上技巧，他们认为光实质是电磁波这是不容置疑，即使他们知道光子学说能够有效解释光与物质相互作用现象。19爱因斯坦所以取得诺贝尔物理学奖。11/15（2）康普顿X射线试验试验装置X源散射物质晶体探测器晶体与探测器组成摄谱仪，可测量散射光线波长。康普顿发觉散射光谱中除有原波长外，还有射线，此称为康普顿效应。试验规律：散射波长改变与散射物质无关，仅与散射角相关。原子量小物质康普顿效应强。12/15波动学说无法解释：按光波动理论，当电磁波入射媒质，媒质原子中电偶极子将作受迫振动，振动频率为入射电磁波频率，所发出电磁波频率应与入射电磁波频率相同。光子说解释：光子与电子相撞，失去部分能量，光子与原子实（原子核与内层电子结合体）相撞，能量基本无损失，波长不变。重原子内层电子较多，效应不显著，轻原子则反之。波长改变量仅与散射角相关，可由光子与电子碰撞时恪守能量守恒与动量守恒推导出来。13/15以上三个试验均证实了光粒子性，即光在发射、传输、接收过程中含有显著