1.量子概念的诞生.ppt

第四章波粒二象性 第一节量子概念的诞生 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 物体温度不同 辐射出的电磁波的波长分布不同 1定义 一切物体都以电磁波的形式辐射能量 这种辐射与物体的温度有关 所以叫做热辐射 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 一 热辐射 3 一般热辐射强度按波长 频率 的分布和温度有关 还与材料的种类及表面状况有关系 高温物体发出的是紫外光 炽热物体发出的是可见光 低温物体发出的是红外光 温度 短波长的电磁波的比例 1 任何物体 气 液 固 在任何温度下 都会有热辐射 2 热辐射波谱是连续谱 各种波长 频率 都有 但是强度不同 注意 热辐射解释 是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等于从外界吸收的能量 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 则称这种物体为绝对黑体 简称黑体 不一定是黑色 射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收 最终不能从小孔射出 空腔就成为一个绝对黑体 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 1 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量 称为辐射强度 辐射强度 三 黑体辐射的实验规律 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 1 普朗克能量子假说 1 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 简称量子 n为量子数 它只取正整数 能量量子化 2 振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量 h 6 626 10 34J s 普朗克常量 四 能量子 超越牛顿的发现 3 对于频率为 的电磁波 最小能量为 h 图中的热辐射曲线就是依照普朗克的能量子假设而导出的辐射公式画成的 与黑体辐射实验结果相符合 1900年12月14日普朗克在德国物理学会上报告了自己的研究结果 他的公式受到欢迎 但他的能量子假说 却受到冷遇 当时没有人相信他的假说 能量子假说的提出 给经典物理学打开了一个缺口 为量子物理学安放了一块奠基石 宣告量子物理学的诞生 能量的变化竟然是不连续的 这与物理学界几百年来信奉的 自然界无跳跃 的原则直接矛盾 因此量子论出现之后 许多物理学家不予接受 人们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式 而不承认他的理论性的量子假说 年 爱因斯坦提出光量子假说 成功地解释了光电效应 年 他又将量子理论运用到固体比热问题 获得成功 年 玻尔将量子理论引入到原子结构理论中 克服了经典理论解释原子稳定性的困难 建立了他的原子结构模型 取得了原子物理学划时代的进展 年 康普顿通过实验最终使物理学家们确认光量子图景的实在性 从而使量子理论得到科学界的普遍承认 意义 Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化 物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点 提出了能量子 物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进