波粒二象性能量量子化選修3-5市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵照規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)初許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。材料鑒賞:1/16于是1900年英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文在瞻望20世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展文章中說(shuō)到：

“在已經(jīng)基本建成科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家只要做一些零碎修補(bǔ)工作就行了。”--開(kāi)爾文--也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)試驗(yàn)再做一做，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！

但開(kāi)爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力科學(xué)家，就在上面提到文章中他還講到：

“不過(guò)，在物理學(xué)晴朗天空遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安烏云，----”2/16這兩朵烏云是指什么呢？熱輻射試驗(yàn)邁克爾遜-莫雷試驗(yàn)以后事實(shí)證實(shí)，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。3/16普朗克量子力學(xué)誕生相對(duì)論問(wèn)世這兩朵烏云到底是什么回事呢？經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)相對(duì)論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域4/16波粒二象性

第1節(jié)能量量子化:物理學(xué)新紀(jì)元5/16思索與討論1:在火爐旁邊有什么感覺(jué)?投在爐中鐵塊開(kāi)始是什么顏色?過(guò)一會(huì)有是什么顏色?任何溫度下，宏觀物體都要向外輻射電磁波。電磁波能量多少，以及電磁波按波長(zhǎng)分布都與溫度相關(guān)，故稱為熱輻射。室溫時(shí)波長(zhǎng)較長(zhǎng)電磁波高溫波長(zhǎng)較短電磁波熱輻射主要成份:不論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，所輻射能量及其按波長(zhǎng)分布都隨溫度而改變。一、熱輻射6/16熱輻射解釋：大量帶電粒子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引發(fā)。物體中每個(gè)分子、原子或離子都在各自平衡位置附近以各種不一樣頻率作無(wú)規(guī)則微振動(dòng)，每個(gè)帶電微粒振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生改變電磁場(chǎng)，從而向外輻射各種波長(zhǎng)電磁波，形成連續(xù)電磁波譜。熱平衡狀態(tài)：向外發(fā)射電磁波能量=從外界吸收能量7/16思索與討論2：一座建設(shè)中樓房還沒(méi)安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，假如從遠(yuǎn)處看，把窗內(nèi)亮度與樓房外墻亮度相比，你會(huì)發(fā)覺(jué)什么？為何？二、黑體與黑體輻射⑴定義：假如一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。用不透明材料制成一空心容器，壁上開(kāi)一小孔，可看成絕對(duì)黑體8/16⑵說(shuō)明：①黑體是個(gè)理想化模型。例：開(kāi)孔空腔，遠(yuǎn)處窗口等可近似看作黑體。②對(duì)于黑體，在相同溫度下輻射規(guī)律是相同。三、黑體輻射試驗(yàn)規(guī)律1）測(cè)量黑體輻射試驗(yàn)原理圖：9/162）輻射強(qiáng)度：

單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射各種波長(zhǎng)總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度。斯特藩——玻耳茲曼定律10/161700k1500k1300k試驗(yàn)發(fā)覺(jué)：隨溫度升高①各種波長(zhǎng)輻射強(qiáng)度都在增加；②當(dāng)絕對(duì)黑體溫度升高時(shí)，輻射強(qiáng)度最大值向短波方向移動(dòng)。3)維恩位移定律11/164)經(jīng)典物理學(xué)所碰到困難——解釋試驗(yàn)曲線1）維恩半經(jīng)驗(yàn)公式：公式適合于短波波段，長(zhǎng)波波段與試驗(yàn)偏離。公式只適合用于長(zhǎng)波段,而在紫外區(qū)與試驗(yàn)不符,----紫外災(zāi)難2）瑞利----金斯公式玻爾茲曼常數(shù)k=1.38065810-23J/K試驗(yàn)瑞利-瓊斯線維恩線T=1646k12/16試驗(yàn)瑞利-瓊斯線維恩線T=1646k普朗克線普朗克擬合結(jié)果四、能量子：超越牛頓發(fā)覺(jué)13/16

普朗克能量子假說(shuō)*輻射物體中包含大量振動(dòng)著帶電微粒，它們能量是某一最小能量整數(shù)倍

E=nεn=1,2,…ε叫能量子，簡(jiǎn)稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化

*振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量

h=6.62610-34焦耳。----普朗克常數(shù)

四、能量子：超越牛頓發(fā)覺(jué)*對(duì)于頻率為

諧振子，最小能量為：

ε=h

14/16意義：

Planck拋棄了經(jīng)典物理中能量可連續(xù)改變、物體輻射或吸收能量能夠?yàn)槿我庵蹬f觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一