山东省成武一中高中物理 17.1 能量量子化课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 知道什么是黑体与黑体辐射 2 了解 紫外灾难 3 知道什么叫能量子及其含意 过程与方法经历科学发展历程 情感 态度与价值观培养在科学研究中敢于冲破传统观念 挑战传统势力的思想 1 我们周围的一切物体都在辐射电磁波 这种辐射与物体的 有关 所以叫做热辐射 2 如果某种物体能够 入射的各种波长的电磁波而不发生 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关 3 普朗克假说 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 的 当带电微粒辐射或吸收能量时 也是以这个最小能量值为单位 地辐射或吸收的 这个不可再分的最小能量值 叫做 是电磁波的频率 h是一个常量 后被称为普朗克常量 其值为h j s 答案 1 温度2 完全吸收反射温度3 整数倍一份一份能量子h 6 626 10 34 知识点1黑体与黑体辐射 1 热辐射 定义 我们周围的一切物体都在辐射电磁波 这种辐射与物体的温度有关 所以叫热辐射 热辐射的特点物体在任何温度下都会发射电磁波 热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 当物体温度较低时 如室温 热辐射的主要成分是波长较长的电磁波 在红外线区域 不能引起人的视觉 当温度升高时 热辐射中较短波长的成分越来越强 可见光所占份额增大 2 黑体 定义 在热辐射的同时 物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波 如果一个物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射 这种物体就是绝对黑体 简称黑体 黑体辐射的特性 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 黑体模型 如图17 1 1所示 在一个空腔壁上开有一个很小的孔 射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收 最终不能从空腔中射出 那么这个小孔 而非空腔壁 就成了一个黑体 图17 1 1 知识点2黑体辐射的实验规律 1 温度一定时 黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值 2 随着温度的升高 各种波长的辐射强度都有增加 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 如图17 1 2所示 图17 1 2 例1 黑体辐射的实验规律如图17 1 3所示 由图可知 图17 1 3 a 随温度升高 各种波长的辐射强度都有增加b 随温度降低 各种波长的辐射强度都有增加c 随温度升高 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动d 随温度降低 辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 答案 a c d 解析 由图可知 随温度升高 各种波长的辐射强度都有增加 且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 当温度降低时 上述变化都将反过来 故a c d正确 b错误 知识点3能量子 超越牛顿的发现 1 能量子黑体的空腔壁是由大量振子 振动着的带电微粒 组成的 其能量只能是某一最小能量值 的整数倍 例如可能是 或2 3 当振子辐射或吸收能量时 也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行 这个不可再分的最小能量值 叫做能量子 h 其中 是电磁波的频率 h是普朗克常量 h 6 63 10 34j s 2 能量子假说的意义普朗克的能量子假说 使人类对微观世界的本质有了全新的认识 对现代物理学的发展产生了革命性的影响 普朗克常量h是自然界最基本的常量之一 它体现了微观世界的基本特征 架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁 例2 光是一种电磁波 可见光的波长的大致范围是400 700nm 400nm 700nm电磁辐射的能量子的值各是多少 答案 4 97 10 19j2 84 10 19j 1 黑体与一般物体的比较 2 对热辐射的理解 1 在任何温度下 任何物体都会发射电磁波 2 辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 这是热辐射的一种特性 在室温下 大多数物体辐射不可见的红外光 但当物体被加热到500 左右时 开始发出暗红色的可见光 随着温度的不断上升 辉光逐渐亮起来 而且波长较短的辐射越来越多 大约在1500 时就变成明亮的白炽光 这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量 在不同光谱区域的分布是不均匀的 而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也最高 3 在一定温度下 不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同 例如 将钢加热到约800 时 就可观察到明亮的红色光 但在同一温度下 熔化的水晶却不辐射可见光 热辐射不一定需要高温 任何温度的物体都发出一定的热辐射 如任何物体都在不停地向外辐射红外线 这就是一种热辐射 即使是冰块 也在向外辐射红外线 只是温度低时辐射弱 温度高时辐射强 普朗克提出 能量子 概念普朗克于1858年出生于德国的基尔 父亲是基尔大学著名的法律教授 普朗克先后在慕尼黑大学和柏林大学学习 曾经在基尔霍夫等人的指导下学习和研究热力学 并于1879年获得博士学位 1880年 普朗克成为慕尼黑大学物理学讲师 5年后被基尔大学聘为理论物理学特约教授 1889年 在基尔霍夫逝世后 普朗克回到母校继任了老师的职位 成为柏林大学的教授 并一直在此工作到1926年退休 1894年 普朗克被选为普鲁士科学院院士 1926年 他被英国皇家学会吸收为会员 他同时还兼任柏林威廉皇家研究所所长 也就是从他被选为普鲁士科学院院士这一年开始 普朗克开始从事黑体辐射方面的研究 他先是对基尔霍夫辐射定律中的普适函数感兴趣 决心找到这个普适函数 经过5年的努力 他得到了辐射能分布的初步公式 其后一年 普朗克集前人的研究成果 结合自己的发现 于1900年10月19日在德国物理学会会议上以 对维恩辐射定律的一点修正 为题 宣布了自己的辐射公式 即 普朗克辐射公式 当天夜晚 德国实验物理学家鲁本斯将自己的实验数据与普朗克公式的理论结果作了仔细的比较 发现无论是在哪个波段二者都保持着惊人的一致 鲁本斯将这一对比结果告诉了普朗克 普朗克非常高兴 决心透彻研究辐射公式的物理意义 并确定公式中所取的两个常数的具体形式 这一决心使普朗克走上了发现量子之路 普朗克按照玻尔兹曼统计思想 认真地考虑熵与几率的关系 辐射公式的真正物理意义被一步步揭示出来 1900年12月14日 在经过 一生中最紧张的几个星期的工作 之后 他终于作出了 孤注一掷的行动 在德国物理学会上宣读的论文 关于正常光谱的能量分布定律的理论 中 他提出令人感到惊讶的能量子假定 从而得到一个被赋予具体物理意义的辐射公式 他假设 物体在发射辐射和吸收辐射时 能量是不连续的 以一个最小单位的整数倍跳跃式变化 这个能量的基本单位 称作能量子 这一天被看作是量子论的诞生日 作用量子则被认为是最基本的自然常数之一 经典物理学一向认为能量是连续的 并将这一传统观念当成金科玉律 但用它研究黑体辐射时却带来了 紫外灾难 表明了经典理论的局限性 普朗克冲破了传统观念的束缚 提出了能量分立性的思想 这是物理学领域基本概念的重大变革 但也由于这个理论与经典理论是如此格格不入 当时物理学界对它的反映是极为冷淡的 从1900年到1904年的文献中 几乎找不到有关这一理