高二物理能量量子化.ppt

19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得 了很大的成功：在机械运动方面不用说，在 分子物理方面，成功地解释了温度、压强、 气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能 推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还 找到了力、电、光、声-等都遵循的规律- 能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都 沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理 学已经发展到头了。 材料鉴赏: 于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望20 世纪物理学的发展的文章中说到： “在已经基本建成的科学大厦中， 后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作 就行了。” -开尔文- 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只 要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面 在加几位罢了！ 但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家 ，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不 安的乌云，-” 这两朵乌云是指什么呢？ 热辐射实验 迈克尔逊- 莫雷实验 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革 命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜 花。 普朗克量子力学的诞生相对论问世 这两朵乌云到底是什么回事呢？ 经典力学 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 波粒二象性波粒二象性 第1节 能量量子化:物理学的新纪元 思考与讨论1: 在火炉旁边有什么感觉? 投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会有是什么颜色 ? 任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波 能量的多少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关 ，故称为热辐射。 室温时 波长较长的电磁波 高温 波长较短的电磁波 热辐射的主要成分: 无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所 辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。 一、热辐射 热辐射解释：大量带电粒子的无规则热 运动引起的。物体中每个分子、原子或 离子都在各自平衡位置附近以各种不同 频率作无规则的微振动，每个带电微粒 的振动都会产生变化的电磁场，从而向 外辐射各种波长的电磁波，形成连续的 电磁波谱。 热平衡状态：向外发射的电磁波能量= 从外界吸收的能量 思考与讨论2：一座建设中的楼房还没安装窗子，尽 管室内已经粉刷，如果从远处看，把窗内的亮度与楼 房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？ 二、黑体与黑体辐射 定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长 的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种 物体为绝对黑体，简称黑体。 用不透明材料制成一空心容器， 壁上开一小孔，可看成绝对黑体 说明： 黑体是个理想化的模型。 例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 三、黑体辐射的实验规律 1）测量黑体辐射的实验原理图： 2）辐射强度： 单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的 总辐射能，称为辐射强度。 斯特藩玻耳兹曼定律 1700k 1500k 1300k 实验发现：随温度的升高 各种波长的辐射强度都在增加； 当绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波 方向移动。 3)维恩位移定律 4) 经典物理学所遇到的困难解释实验曲线 1）维恩的半经验公式： 公式适合于短波波段， 长波波段与实验偏离。 公式只适用于长波段, 而在紫外区与实验不符, -紫外灾难 2）瑞利-金斯公式 玻尔兹曼常数 k =1.38065810-23J/K 实验 瑞利-琼斯线 维恩线 T=1646k 实验 瑞利-琼斯线 维恩线 T=1646k 普朗克线 普朗克的拟合结果 四、能量子：超越牛顿的发现 普朗克能量子假说 *辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能 量是某一最小能量的整数倍 E=n n=1,2, 叫能量子，简简称量子，n为为量子数，它只取正整数能量 量子化 * 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量 h=6.62610-34焦耳。-普朗克常数 四、能量子：超越牛顿的发现 *对于频率为的谐振子，最小能量为： =h 意义义： Planck抛弃了经经典物理中的能量可连续变连续变 化、物体辐辐射或吸收的能量可以为为任意值值的旧 观观点，提出了能量子、物体辐辐射或吸收能量只 能一份一份地按不连续连续 的方式进进行的新观观点。 这这不仅仅成功地解决了热辐热辐 射中的难题难题 ，而且 开创创物理学研究新局面，标标