1　能量量子化 (2).pptx

1、第十七章 波粒二象性 第1節(jié) 能量量子化,19世紀末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)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(nèi)能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(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(jīng)發(fā)展到頭了。,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(jīng)基本完成， 后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了?！?-開爾文-,也就是說：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只

2、要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！,但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)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，-”,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驗有關(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論。經(jīng)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(lǐng)域。正可謂“山重水復疑無路, 柳暗花明又一村,這兩朵烏云是指什么呢？,后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一場革命性的風暴，烏云落地化為一場春雨，澆灌

3、著兩朵鮮花。,黑體輻射實驗,邁克爾遜-莫雷實驗,普朗克量子力學的誕生,相對論問世,這兩朵烏云到底是怎么回事呢？,量 子 力 學,相 對 論,微 觀 領(lǐng) 域,高 速 領(lǐng) 域,經(jīng) 典力 學,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(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。,固體在溫度升高時顏色的變化,一、黑體與黑體輻射,1、熱輻射現(xiàn)象,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(guān)的輻射 稱為熱輻射 熱輻射 - 熱能

4、轉(zhuǎn)化為電磁能的過程,2、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,電磁波的短波成分,如一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈,昏黃色,明亮 刺眼,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(guān) 激光 日光燈發(fā)光不是熱輻射,3、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(nèi)輻射的能量,這時得到的輻射稱為平衡熱輻射,1、定義：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,不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。,研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物

5、體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。,二、黑體輻射實驗規(guī)律,2、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(gòu)成黑體的材料 形狀無關(guān),實驗裝置,T,平行光管,三棱鏡,T,實驗結(jié)果,實驗值,紫,外,難,維恩,瑞利、金斯,普朗克,能量量子化：物理學的新紀元,黑體輻射實驗是物理學晴朗天空中 一朵令人不安的烏云。,3、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(shù)倍，即：,

6、 1, 2, 3, . n. n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。,對于頻率為的諧振子最小能量為,能量,量子,經(jīng)典,3、能量子假說：,*輻射黑體中包含大量振動著分子、原子,它們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)典物理學所允許的可具有任意值。它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍 E=n n=1,2, 叫能量子，簡稱量子，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),*對于頻率為的諧振子，最小能量為： =h ,(m),1 2 3 5 6 8

7、9,4,7,普朗克,實驗值,三、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 18581947,2、普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)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(zhì)。 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,意義： Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進入微觀領(lǐng)域，為量子力學的誕生奠定了基礎(chǔ)。,黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)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？,3、物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，