高中物理选修3-5：17.1-能量量子化

材料鉴赏：19世纪末，牛顿定律在各个领域都取得了巨大的成功：不用说，它已经成功地用机械运动和分子物理学解释了温度、压力和气体的内能。在电磁学中，建立了一个能推断所有电磁现象的麦克斯韦方程。此外，还发现了能量转换和守恒定律，其后是力、电、光和声。当时，许多物理学家陶醉于这些成就和胜利。他们认为物理学已经达到了顶峰。1900年，在英国皇家学会的新年庆典上，物理学家开尔文勋爵发表了展望新世纪的演讲：科学的建设已经基本完成，未来的物理学家只需要做一些零碎的修复工作。(开尔文)，但开尔文毕竟是一个非常重视现实和愿景的科学家。在上面提到的文章中，他还说：“然而，在物理学中，在距离晴空的远处仍然有两朵令人不安的乌云”这两朵乌云是什么意思？黑体辐射实验，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了一场革命性的风暴，乌云落到地上变成了春雨，浇灌了两朵花。普朗克量子力学的诞生和相对论的出现，这两个乌云是什么？量子力学、相对论、微观场、高速场、经典力学、当温度上升时固体颜色的变化，例如，铁块的温度从看不见的光变成暗红色、橙色、黄色和白色，首先，热辐射现象，思考和讨论1:在炉子旁边的感觉。熔炉里的铸铁是从什么颜色开始的？以后会是什么颜色？热辐射及其特性。热辐射。由于分子热运动，物体辐射的电磁波的温度随着辐射的波长分布而变化。例如，铁块的温度从不可见变为暗红色，从橙色变为黄白色。这种与温度相关的辐射称为热辐射热能转化为电磁能的过程。高温物体和低温物体都有热辐射，辐射能量和波长的分布随温度而变化。例如，铁块随着温度而增加：现象：回忆：可见光中各种颜色的光的波长和频率之间的关系？你对不可见光了解多少？结果表明：(1)辐射强度和波长分布随温度变化；(2)随着温度的升高，电磁波的短波分量增加。不发光,暗红色,赤红,橙红色,黄白色，注意：激光和荧光灯发出的光不是处于热辐射的热平衡状态：当物体的温度恒定时，物体吸收的能量等于同时辐射的能量，此时获得的辐射称为平衡热辐射。思考和讨论2:一栋在建的建筑还没有安装窗户，尽管内部已经粉刷过了。如果你从远处看窗外，你会发现什么？为什么？黑体和黑体辐射物体表面以吸收和反射来自外部的电磁波。如果一个物体在任何温度下完全吸收任何波长的电磁波而不反射或透射，它就被称为绝对黑体，简称黑体。由不透明材料制成的带有小孔的空腔。黑体是一个理想化的模型。例如，在一定距离上有一个开口和一个窗口的空腔可以近似地看作一个黑体。(2)对于黑体，相同温度下的辐射定律是相同的。(3)一般物体的辐射与温度、材料和表面条件有关，但根据波长分布，黑体辐射的电磁波强度只与黑体温度有关。黑体辐射实验定律研究黑体辐射定律是理解一般物体热辐射特性的基础。1.测量黑体辐射的实验示意图：加热空腔使其温度升高，使空腔在不同温度下变成黑体，小孔向外的辐射是黑体辐射。辐射强度：每单位面积每单位时间从一个物体发出的各种波长的总辐射能量研究发现：(1)不同波长的辐射强度随着温度的升高而增大；(2)当绝对黑体温度升高时，最大辐射强度向短波方向移动，辐射强度增大，(3)经典物理学中遇到的困难()解释实验曲线中令人不安的乌云，(1)韦恩的半经验公式：短波符合；长波不符合瑞利-詹金斯公式：长波符合；短波荒谬-紫外线灾难，经典物理学的局限性，以及微观世界的一些定律在我们的宏观世界中可能看起来非常奇怪。m普朗克(1858-1947)德国，普朗克能量光子假设辐射物体包含大量振动的带电粒子，它们的能量是某一最小能量e=n的整数倍 n=1，2，叫做能量光子，对于短量子，n是量子数。它只需要一个正整数，而量子化的谐振子只能以不连续的方式一个接一个地辐射或吸收能量。对于有频率的谐振子，最小能量是=H，H =h,h=6.62610-34Js普朗克常数。第四，谐振子：超越牛顿的发现，能量，意义：普朗克放弃了经典物理学中能量可以连续变化，物体辐射或吸收的能量可以是任何值的旧观点，提出了谐振子、物体辐射或吸收的能量只能以不连续的方式一个接一个地传导的新观点。这不仅成功地解决了热辐射这一难题，而且开创了物理学研究的新局面，表明人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。黑体辐射公式：1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出了黑体辐射公式。普朗克德国人1858-1947年，(微米)，普朗克实验值，1，2，3，5，6，8，1918年他获得了诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的名字，而且，能量的变化是不连续的，这与物理学家数百年来相信的“自然界没有跳跃”的原则直接矛盾。因此，量子理论出现后，许多物理学家都不接受它。物理学界对量子理论出现的最初反应极其冷淡。人们只承认普朗克的经验辐射公式，这与实验一致，但不承认他的理论量子假说。能量量子化物理学的一个新时代，以下陈述是正确的(a)所有物体都辐射电磁波(b)一般物体的电磁波辐射只与温度有关(c)，黑体辐射的电磁波强度按波长的分布只与黑体的温度有关(d)。这是基于什么？【答案】根据热辐射定律，当物体温度升高时，热辐射中波长较短的成分变得越来越强，可见光的比例增加，红色成分随温度升高而减少，而比红光频率更高的其他颜色，如橙、黄、绿、蓝、紫的成分增加。因此，可以根据炉内光线的颜色粗略估计炉内温