171能量量子化

无锡市第一中学 1900年 在英国皇家学会的新年庆祝会上 著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言 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 但开尔文毕竟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 这两朵乌云是指什么呢 一朵与黑体辐射有关 另一朵与迈克尔逊实验有关 然而 事隔不到一年 1900年底 就从第一朵乌云中降生了量子论 紧接着 1905年 从第二朵乌云中降生了相对论 经典物理学的大厦被彻底动摇 物理学发展到了一个更为辽阔的领域 正可谓 山重水复疑无路 柳暗花明又一村 固体或液体 在任何温度下都在发射各种波长的电磁波 这种由于物体中的分子 原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射 所辐射电磁波的特征与温度有关 固体在温度升高时颜色的变化 1 热辐射现象 黑体与黑体辐射 任何物体都具有不断辐射 吸收 发射电磁波的本领 一般物体辐射能量与T有关 还与材料 表面积有关 实验 加热铁 直觉 低温物体发出的是红外光炽热物体发出的是可见光高温物体发出的是紫外光注意 热辐射与温度有关激光日光灯发光不是热辐射 能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射 折射和透射的物体称为绝对黑体 简称黑体 2 黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的空腔 可近似看作黑体 黑体模型 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 黑体模型 空腔上的小孔 向远处观察打开的窗子近似黑体 平衡态时黑体辐射只依赖于物体的温度 与构成黑体的材料形状无关 3 黑体辐射 实验结论 1 温度越高 辐射能越大 2 与最大辐射能对应的波长向短波方向移动 两种理论 维恩公式 短波适合 长波不符合 瑞利公式 长波适合 短波荒唐 紫外灾难 普朗克理论 在发射和吸收能量的时候 不是连续不断 而是分成一份一份的 能量是h 的整数倍 黑体辐射 二 黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云 h 辐射黑体分子 原子的振动可看作谐振子 这些谐振子可以发射和吸收辐射能 但是这些谐振子只能处于某些分立的状态 在这些状态中 谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值 相应的能量是某一最小能量 称为能量子 的整数倍 即 1 2 3 n n为正整数 称为量子数 能量 量子 经典 h 6 626 10 34J s 能量子超越牛顿的发现 问题 既然灯向外辐射的光能是分立的 一份份的 为何我们看不到灯的亮度发生变化 结论 1 在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为 物体的运动是连续的 能量变化是连续的 不必考虑量子化 2 在研究微观粒子时必需考虑能量量子化 问题与结论 看下列一组照片能否给你一点启发 三 能量子超越牛顿的发现 微观世界的某些规律 在我们宏观世弄看来可能非常奇怪 1900年12月14日 普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文 宣告了量子的诞生 那一年他42岁 普朗克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 成为现代物理学思想的基石之一 为我们打开了量子之门 就在1900年 一个名叫爱因斯坦 AlbertEinstein 的青年从苏黎世联邦工业大学 ETH 毕业 正在为将来的生活发愁 5年后他受量子化启发提出了光量子 成功的解释了光电效应 能量量子化 物理学的新纪元 就在那一年 在丹麦 15岁的玻尔 NielsBohr 正在哥本哈根的中学里读书 玻尔有着好动的性格 学习方面 他在数学和科学方面显示出了非凡的天才 但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名 13年后他提出了原子轨道量子化 德布罗意 LouisdeBroglie 当时8岁 还正在家里接受良好的幼年教育 后来他提出了物质波 再过12个月 维尔兹堡 Wurzberg 的一位著名希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡 WernerKarlHeisenberg 呱呱坠地 以上人物都将在我们的课文中出现 请同学们记住他们的名字 能量量子化 物理学的新纪元 课堂练习 2 在白天 对面楼房的窗户看上去是黑色的 而外墙面是亮的 为什么 1 灯向外辐射的能量是最小能量的整