1　能量量子化 (2)

第一节：能量量子化,汉寿二中史爱辉,思考与讨论1:在火炉旁边有什么感觉?,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时波长较短的电磁波,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,2:投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会有是什么颜色?,固体在温度升高时颜色的变化,如太阳、火炬、点亮的灯，这些光源发出的光的颜色是由光波的频率(或波长)决定的。而大多数物体本身并不发光，我们能看到它们，是因为它们能反射其他光源发出的光线，它们的颜色是由反射光的频率决定的。由于我们周围的物体具有反射不同频率的光的本领，于是就使物体呈现各种不同的颜色，形成了五彩缤纷、绚丽多彩的美妙世界。,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。,除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。,有没有能完全吸收电磁波的物体呢？,看到书本图17.1-1思考：射入空腔的光能反射出来吗？能看清里面的情形吗?,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,为什么要研究黑体呢？,因为一般物体的热辐射除了与物体的温度有关外,还与材料的种类、表面状况有关，而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；而且黑体材料在加热到同样温度时，发出的热辐射比其他物体强，因此黑体是用来建立热辐射定律的理想辐射体。为了理论研究的需要，基尔霍夫提出了绝对黑体的理想模型，从而促进了黑体辐射研究。,生活中有黑体吗？,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。,问题1：从1100K图线看起，图线的起伏说明了什么问题,说明在相同的加热温度下，黑体辐射的强度是变化的，但不与波长成正比，中间有一个峰值,问题2：由图线可以看出辐射强度与温度有什么关系？,不同的温度辐射强度不同，温度越高，各种波长的辐射强度都有增加。,问题3：辐射强度的极大值是怎样变化的？,温度越高，辐射强度的极大值越大；辐射强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动,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,普朗克的拟合结果,四、能量子,普朗克能量子假说,*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：,2,3,.n.n为正整数，称为量子数。,*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。秒-普朗克常数,四、能量子,*对于频率为的谐振子，最小能量为：=h,(m),1235689,4,7,普朗克,实验值,能量子假说：所谓能量子就是能量的最小单元。微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收，不同频率的电磁波其能量子的值不同，表达式为：E=h其中，是电磁波的频率，h是一个普遍适用的常量，称作普朗克常量。由实验测得h6.631034Js。能量的量子化在微观领域里能量的不连续变化，即只能取分立值的现象，叫做能量的量子化。普朗克的能量子假说不仅解决了黑体辐射的理论困难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。,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行的新观点。这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。,普朗克后来又为这种与经