能量量子化（高中物理教学课件）完整版4

05.能量量子化图片区1.热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫作热辐射温度低时：辐射的电磁波主要成份为波长较长的电磁波，不能引起视觉。温度升高：波长较短的成分越来越强能引起视觉，温度不断越高，颜色也不断变化。一.热辐射问题：为什么白天透过窗户看不开灯的房子里面是一片漆黑？答：除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的不发光物体的颜色就是反射光所致。房子里面一片漆黑是没有反射光进入我们眼睛。2.黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就叫黑体。房子是近似黑体，射入房子里面的光线在多次反射后，即使有光线射出也已经很微弱了。所以看房子里面是一片漆黑。一.热辐射3.黑体辐射：黑体虽然不反射电磁波，但是却可以向外辐射电磁波。注意：①一般物体辐射与温度、材料、表面状况（形状）有关②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与它的温度有关。所以，在研究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究，它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律。一.热辐射4.黑体辐射规律：随着温度的升高：①各种波长的辐射强度都增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。经典的电磁理论无法解释黑体辐射的实验规律。

德国物理学家维恩在1896年，英国物理学家瑞利在1900年，分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大；瑞利公式在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于零时，辐射强度竟变成无穷大。由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”。一.热辐射在十九世纪末期，物理学经过波澜壮阔的大发展以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观！好像任何物理现象都能从现存的理论中获得解释，物理学家们甚至断言物理学发展已经尽善尽美，剩下的就是些边边角角的修理工作了。大科学家普朗克当初在决定进军物理学界时被老师劝告“物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。1900年初，在热力学第一定律及热力学第二定律的建立作出重大的贡献的开尔文男爵，在皇家学会的新年致辞中，在展望20世纪物理学前景时，若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，第一朵乌云出现在光的波动理论上（以太理论），第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上（黑体辐射）。”物理学界的大科学家们乐观不已，仿佛自己已经掌握了宇宙所有真理。一.热辐射谁也没有料到，开尔文男爵提到的这两朵物理学天空中不起眼的两朵乌云，却在随之而来的二十世纪将物理学界搅得天翻地覆：第一朵乌云：以太理论引出了一位神一样的人——爱因斯坦和他的相对论；第二朵乌云：黑体辐射问题直接引发了一门新理论的诞生——量子力学一.热辐射洛仑兹德拜朗缪尔皮卡尔德普朗克克努森居里夫人布拉格克莱默斯狄拉克爱因斯坦康普顿朗之万德布罗意古伊玻恩威尔逊玻尔理查森布里渊福勒海森堡泡利顿德尔赫尔岑埃伦费斯特薛定谔维夏菲尔特亨利奥特1927年第五届索尔维会议合照史上最牛合照，没有之一一.热辐射1.能量子假说：1900年底，普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小为：

ε＝hν

ν是电磁波的频率，h是一个常量，后人称之为普朗克常量，其值为：h＝6.63×10-34J·s借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好。二.能量子对于一位物理学家，还有什么能比自己的理论被实验证实更为欢欣鼓舞吗？然而，普朗克的情绪却被某种思考破坏了。在很长的历史时期内，不仅是物理学界，就是整个科学和哲学界都认为，一切自然过程都是连续的。数学家、哲学家莱布尼兹曾经说道：“自然界不会突变。如果要对此提出疑问，那么世界将会出现许多间隙，这就迫使我们去乞求神灵来解释自然现象了。间断性同科学格格不入。”正是这样的信条使普朗克惶惑。他对儿子说，自己的发现“要么是荒诞无稽的，要么也许是牛顿以来物理学最伟大的发现之一。”物理学后来的发展表明，普朗克在1900年把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。因此，这不仅是日历上一个新世纪的开始，而且是物理学的一个新纪元。18年之后，普朗克为此获得了诺贝尔物理学奖。能量子观点的提出标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。二.能量子宏观物体的能量是连续的，微观粒子的能量是量子化的（分立的，一份一份的）2.光子说：爱因斯坦认为光是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，h为普朗克常量。这些能量子后来被叫作光子。受因斯坦因解释“光电效应”获得诺贝尔物理学奖。二.能量子1.能级：微观世界中能量取分立值的观念也适用于原子系统，原子的能量是量子化的。这些量子化的能量值叫作能级。2.原子发光：通常情况下，原子处于能量最低的状态是最稳定的。处于较高的能量状态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子。原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于前后两个能级之差，即：3.原子光谱是分立的：由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线三.能级20世纪20年代，量子力学建立了，它能够很好地描述微观粒子运动的规律，并在现代科学技术中发挥了重要作用。核能的利用，计算机和智能的制造，激光技术的应用都离不开量子力学。是量子力学引领我们迈入了现代社会，让我们享受到丰富多彩的现代生活。四.量子力学的建立例1.对应于7.4×10-19J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？答：1.12×1015Hz，2.69×10-7m例2.氦氖激光器发射波长为632.8nm的单色光，这种光的一个光子的能量为多少？若该激光器的发光功率为18mW，则每秒发射多少个光子？答：5.73×1016个例3.晴朗的夜空繁星闪烁，有的恒星颜色偏红，有的恒星颜色偏蓝。对于“红星”和“蓝星”，你能判断出哪种恒星的表面温度更高么？说出你的道理。答：温度越高，频率越大，所以蓝色恒星温度更高。例4.如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列错误的是（