1　能量量子化 (2).ppt

1、能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元,第一節(jié),19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：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)、氣體的內(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(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)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。,1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開(kāi)爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:,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)的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！,但開(kāi)爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力

2、的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：,這兩朵烏云是指什么呢？,一朵與黑體輻射有關(guān)， 另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。,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(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無(wú)路, 柳暗花明又一村,固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)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(xiàn)象稱(chēng)為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。,固體在溫度升高時(shí)顏色的變化,1. 熱輻射現(xiàn)象,黑體與 黑體輻射,一、 熱輻射及其特點(diǎn),1. 熱輻射,由于分子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致

3、物體輻射電磁波 溫度不同時(shí) 輻射的波長(zhǎng)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(guān)的輻射 稱(chēng)為熱輻射 熱輻射 - 熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程,2. 對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí),任何物體任何溫度均存在熱輻射,溫度 發(fā)射的能量,電磁波的短波成分,如一個(gè)20瓦的白熾燈和一個(gè)200瓦的白熾燈,昏黃色,賊亮 刺眼,直覺(jué): 低溫物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光 高溫物體發(fā)出的是紫外光 注意： 熱輻射與溫度有關(guān) 激光 日光燈發(fā)光不是熱輻射,二、平衡熱輻射 加熱一物體 物體的溫度恒定時(shí),物體所吸收的能量等于在同一 時(shí)間內(nèi)輻射的能量,這時(shí)得到的輻射稱(chēng)為平衡熱輻射,能全部吸收各種波長(zhǎng)

4、的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體。簡(jiǎn)稱(chēng)黑體,2. 黑體輻射實(shí)驗(yàn)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(zhì)的基礎(chǔ)。,黑體模型,空腔上的小孔 煉鋼爐上的小洞,向遠(yuǎn)處觀(guān)察打開(kāi)的窗子 近似黑體,平衡態(tài)時(shí) 黑體輻射只依賴(lài)于物體的溫度,與構(gòu)成黑體的材料 形狀無(wú)關(guān),實(shí)驗(yàn)裝置,T,平行光管,三棱鏡,T,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中 一朵令人不安的烏云。,3.能量子假說(shuō)：輻射黑體分子、原子的振動(dòng)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(jīng)典物理

5、學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量（稱(chēng)為能量子）的整數(shù)倍，即：, 1, 2, 3, . n. n為正整數(shù)，稱(chēng)為量子數(shù)。,對(duì)于頻率為的諧振子最小能量為,能量,量子,經(jīng)典,(m),1 2 3 5 6 8 9,4,7,普朗克,實(shí)驗(yàn)值,普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式,1.黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式,M.Planck 德國(guó)人 18581947,普朗克后來(lái)又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀(guān)念深感不安，只是在經(jīng)過(guò)十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。 1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 他的墓碑上只刻著他的姓名和,黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類(lèi)解決了一大難題。使熱愛(ài)科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭(zhēng)就此平息了嗎？,物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電。近10年以后，1897年，J.Thomson發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到那就是