高中物理：17.1《能量量子化：物理學的新紀元》課件（2）（新人教選修35）

1、2021/8/11 星期三1能量量子化：物理學的新紀元第一節(jié)2021/8/11 星期三219世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律-能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發(fā)展到頭了。2021/8/11 星期三3 1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上,著名物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發(fā)言: “科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工

2、作就行了。” -開爾文-也就是說：物理學已經沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數據的小數點后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，-”2021/8/11 星期三4這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。然而, 事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對論。經典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路, 柳暗花明又一村2021/8/11

3、 星期三5 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K1. 熱輻射現象黑體與 黑體輻射2021/8/11 星期三6一、 熱輻射及其特點1. 熱輻射由于分子熱運動導致物體輻射電磁波溫度不同時 輻射的波長分布不同 例如：鐵塊 溫度 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色這種與溫度有關的輻射 稱為熱輻射熱輻射 - 熱能轉化為電磁能的過程2021/8/11 星期三72. 對熱輻射的初步認識任何物體任何溫度均存在熱輻射溫度 發(fā)射的能量電磁波的短波

4、成分如一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈昏黃色賊亮 刺眼2021/8/11 星期三8直覺: 低溫物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見光 高溫物體發(fā)出的是紫外光注意： 熱輻射與溫度有關 激光 日光燈發(fā)光不是熱輻射2021/8/11 星期三9二、平衡熱輻射 加熱一物體 物體的溫度恒定時物體所吸收的能量等于在同一時間內輻射的能量這時得到的輻射稱為平衡熱輻射2021/8/11 星期三10能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體2. 黑體輻射實驗規(guī)律 不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型 研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質的基礎

5、。2021/8/11 星期三11黑體模型空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞向遠處觀察打開的窗子近似黑體平衡態(tài)時 黑體輻射只依賴于物體的溫度,與構成黑體的材料 形狀無關2021/8/11 星期三12實驗裝置T平行光管三棱鏡T2021/8/11 星期三130 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K實驗結果2021/8/11 星期三14o實驗值/m維恩線瑞利-金斯線紫外災難普朗克線12345678黑體輻射實驗是物理學晴朗天空中 一朵令人不安的烏云。2021/8/11 星期三153.能量子假說：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)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只

6、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經典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量（稱為能量子）的整數倍，即：, 1, 2, 3, . n. n為正整數，稱為量子數。 對于頻率為的諧振子最小能量為能量量子經典2021/8/11 星期三16(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克實驗值2021/8/11 星期三17普朗克的能量子假說和黑體輻射公式1.黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式M.Planck 德國人 185819472021/8/11 星期三18 普朗克后來又為這種與經典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經過十多年的努力證明任何復歸于經典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。 1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。 他的墓碑上只刻著他的姓名和2021/8/11 星期三19 黑體輻射的研究卓有成效地展現在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？2021/8/11 星期三20物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，J.Thomson發(fā)現了電子 ，此時，人們認