能量量子化,物理學的新紀元

1、 思考與討論思考與討論 1.1.在爐火旁邊有什么感覺？在爐火旁邊有什么感覺？ 2.2.投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒 又是什么顏色？又是什么顏色？ 一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射 1 1、熱輻射、熱輻射: :一切物體由于分子、原子受到激發(fā)都在輻射電磁一切物體由于分子、原子受到激發(fā)都在輻射電磁 波波, ,這種輻射與溫度有關(guān)這種輻射與溫度有關(guān), ,故稱為故稱為熱輻射；熱輻射； 2 2、熱輻射強度按波長分布情況隨溫度變化而不同：、熱輻射強度按波長分布情況隨溫度變化而不同：溫度升高溫度升高 ，輻射電磁波中短波長成分更多；，輻射電磁波中短波長成分更

2、多； 3 3、黑體：一般物體、黑體：一般物體除會除會熱輻射熱輻射外，其表面還會吸收和反射外外，其表面還會吸收和反射外 來的電磁波；如果某物體能夠完全吸收入射各種波長的電磁來的電磁波；如果某物體能夠完全吸收入射各種波長的電磁 波而不發(fā)生反射，這物體稱為波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體。黑體。 固體在溫度升高時顏色的變化固體在溫度升高時顏色的變化 1400k800k 1000k 1200k 一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射 思考與討論思考與討論 一座建設中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內(nèi)已粉刷，一座建設中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內(nèi)已粉刷， 如果從遠處觀察，把窗內(nèi)的亮度與樓外墻的亮度相比，如果從遠處

3、觀察，把窗內(nèi)的亮度與樓外墻的亮度相比， 你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？ 黑體模型黑體模型 空腔上的小孔空腔上的小孔 煉鋼爐上的小洞煉鋼爐上的小洞 煙煤煙煤 注意：常溫下黑體是黑的。高溫下黑體不是黑的，因它注意：常溫下黑體是黑的。高溫下黑體不是黑的，因它 輻射的電磁波在可見光范圍內(nèi)也比較強。輻射的電磁波在可見光范圍內(nèi)也比較強。 為了研究不依賴于物質(zhì)具體物性的熱輻射規(guī)律，為了研究不依賴于物質(zhì)具體物性的熱輻射規(guī)律， 物理學家們定義了一種理想物體物理學家們定義了一種理想物體黑體黑體(black (black body)body)，以此作為熱輻射研究的理想物體。所謂黑體是，以此作為熱輻射研

4、究的理想物體。所謂黑體是 指入射的電磁波能量全部被吸收，既沒有反射，也沒指入射的電磁波能量全部被吸收，既沒有反射，也沒 有透射。顯然自然界不存在真正的黑體，但許多地物有透射。顯然自然界不存在真正的黑體，但許多地物 是較好的黑體近似是較好的黑體近似( ( 在某些波段上在某些波段上) )。黑體輻射情況只。黑體輻射情況只 與其溫度有關(guān)與其溫度有關(guān), ,與組成材料、表面形狀無關(guān)。與組成材料、表面形狀無關(guān)。 實驗裝置實驗裝置 t 平行光管平行光管三棱鏡三棱鏡 t 0 1 2 3 4 5 6 (m) 1700k 1500k 1300k 1100k ),( 0 te 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 o /m )( 0 t

5、m 維恩線維恩線 瑞利瑞利-金斯線金斯線 紫紫 外外 災災 難難 12345678 三、能量子三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 微觀世界的某微觀世界的某 些規(guī)律，在我們些規(guī)律，在我們 宏觀世界看來可宏觀世界看來可 能非常奇怪。能非常奇怪。 輻射黑體分子、原子的振動可看輻射黑體分子、原子的振動可看 作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射 和吸收輻射能。但是這些諧振子和吸收輻射能。但是這些諧振子 只能處于某些分立的狀態(tài)，在這只能處于某些分立的狀態(tài)，在這 些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象 經(jīng)典物理學所允許的可具有任意經(jīng)典物理學所允許的可具有任意 值。

6、相應的能量是某一最小能量值。相應的能量是某一最小能量 （稱為能量子）的整數(shù)倍，即：（稱為能量子）的整數(shù)倍，即： , 1 , 2 , 3 , . n . n為正整數(shù)，為正整數(shù)， 稱為稱為量子數(shù)。量子數(shù)。 能量能量 量子量子經(jīng)典經(jīng)典 h=6.626*10-34j.s 三、能量子三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn) h (m)1 2 3 5 6 8 947 普朗克普朗克 實驗值實驗值 ),( 0 te 三、能量子三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 問題與練習問題與練習 在一杯開水中放入一枝溫度計，在一杯開水中放入一枝溫度計， 開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度

7、 逐漸降低的，既然從微觀的角度來看逐漸降低的，既然從微觀的角度來看 能量是一份一份向外輻射的，為什么能量是一份一份向外輻射的，為什么 它的溫度不是一段一段地降低？它的溫度不是一段一段地降低？ 19001900年年1212月月1414日，普朗克在柏林宣讀了他日，普朗克在柏林宣讀了他 關(guān)于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那關(guān)于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那 一年他一年他4242歲。普朗克把能量子引入物理學歲。普朗克把能量子引入物理學, ,正確正確 地破除了地破除了”能量連續(xù)變化能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念的傳統(tǒng)觀念, ,成為現(xiàn)成為現(xiàn) 代物理學思想的基石之一代物理學思想的基石之一, , 為我們打

8、開了量子為我們打開了量子 之門。之門。 就在就在19001900年，一個名叫愛因斯坦年，一個名叫愛因斯坦(albert (albert einstein)einstein)的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(eth)(eth) 畢業(yè)，正在為將來的生活發(fā)愁。畢業(yè)，正在為將來的生活發(fā)愁。5 5年后他受量年后他受量 子化啟發(fā)提出了光量子子化啟發(fā)提出了光量子, ,成功的解釋了光電效成功的解釋了光電效 應應. . 能量量子化能量量子化: :物理學的新紀元物理學的新紀元 就在那一年就在那一年, ,在丹麥，在丹麥，1515歲的玻爾正在哥本歲的玻爾正在哥本 哈根的中學里讀書。玻爾有著好動的性格。學哈根的中學里讀書。玻爾有著好動的性格。學 習方面，他在數(shù)學和科學方面顯示出了非凡的習方面，他在數(shù)學和科學方面顯示出了非凡的 天才，但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文天才，但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文 卻是全校有名。卻是全校有名。1313年后他提出了原子軌道量子年后他提出了原子軌道量子 化化. . 德布羅意當時德布羅意當時8 8歲，還正在家里接受良好的歲，還正在家里接受良好的 幼年教育。后來他提出了物質(zhì)波幼年教育。后來他提出了物質(zhì)波. . 再過再過1212個月，維爾茲