能量量子化物理学的新纪元省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

能量量子化能量量子化物理学新纪元物理学新纪元第一节第一节第1页 19世纪末页，牛顿定律在各个领域世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大成功：在机械运动方面里都取得了很大成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体内能。在电磁学方了温度、压强、气体内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象面，建立了一个能推断一切电磁现象 Maxwell方程。另外还找到了力、电、方程。另外还找到了力、电、光、声光、声-等都遵照规律等都遵照规律-能量转化与守能量转化与守恒定律。当初许多物理学家都沉醉于这恒定律。当初许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。经发展到头了。第2页v 19，在英国皇家学会新年庆贺会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪讲话:“科学大厦已经基本完成，科学大厦已经基本完成，后辈物理学家只要做一些零碎修后辈物理学家只要做一些零碎修补工作就行了。补工作就行了。”-开尔文开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过试验再做一做，在试验数据小数点后面在加要把做过试验再做一做，在试验数据小数点后面在加几位罢了！几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力科学家，但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力科学家，就在上面提到文章中他还讲到：就在上面提到文章中他还讲到：“不过，在物理学晴朗天空远处，还有两朵令人不过，在物理学晴朗天空远处，还有两朵令人不安乌云，不安乌云，-”第3页这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射相关，一朵与黑体辐射相关，另一朵与迈克尔逊试验相关。另一朵与迈克尔逊试验相关。v然而,事隔不到一年(19底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(19)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔领域。正可谓“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”第4页 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长电磁波，这种因为物体中分子、原子受到激发而发电磁波，这种因为物体中分子、原子受到激发而发射电磁波现象称为热辐射。所辐射电磁波特征与温射电磁波现象称为热辐射。所辐射电磁波特征与温度相关。度相关。固体在温度升高时颜色改变固体在温度升高时颜色改变1400K800K1000K1200K1.1.1.1.热辐射现象热辐射现象热辐射现象热辐射现象黑体与黑体与 黑体辐射黑体辐射第5页一、一、热辐射及其特点热辐射及其特点1.热辐射热辐射因为分子热运动造成物体辐射电磁波因为分子热运动造成物体辐射电磁波温度不一样时温度不一样时 辐射波长分布不一样辐射波长分布不一样 比如：铁块比如：铁块 温度温度 从从看不出发光看不出发光到到暗红暗红到到橙色橙色到到黄白色黄白色这种与温度相关这种与温度相关辐射辐射 称为称为热辐射热辐射热辐射热辐射 -热能转化为电磁能过程热能转化为电磁能过程第6页2.对热辐射初步认识对热辐射初步认识任何物体任何温度均存在热辐射任何物体任何温度均存在热辐射温度温度 发射能量发射能量 电磁波短波成份电磁波短波成份 如一个如一个20瓦白炽灯和一个瓦白炽灯和一个200瓦白炽灯瓦白炽灯昏黄色昏黄色贼亮贼亮 刺眼刺眼第7页元贝驾考 http:/ 元贝驾考科目一 科目四金手指考试 http:/ 金手指驾驶员考试第8页直觉直觉:低温物体发出是低温物体发出是红外光红外光 炽热物体发出是炽热物体发出是可见光可见光 高温物体发出是高温物体发出是紫外光紫外光注意：注意：热辐射与温度相关热辐射与温度相关 激光激光 日光灯发光不是热辐射日光灯发光不是热辐射第9页二、平衡热辐射二、平衡热辐射 加热一物体加热一物体 物体温度恒定时物体所吸收能量物体温度恒定时物体所吸收能量等于在同一时间内辐射能量等于在同一时间内辐射能量这时得到辐射称为平衡热辐射这时得到辐射称为平衡热辐射第10页能全部吸收各种波长辐射能而不发生反射，折能全部吸收各种波长辐射能而不发生反射，折射和透射物体称为绝对黑体。简称射和透射物体称为绝对黑体。简称黑体黑体2.2.2.2.黑体辐射试验规律黑体辐射试验规律黑体辐射试验规律黑体辐射试验规律 不透明材料制成带小孔空腔不透明材料制成带小孔空腔,可近似看作可近似看作黑体黑体。黑体模型黑体模型 研究黑体辐射规研究黑体辐射规律是了解普通物体热律是了解普通物体热辐射性质基础。辐射性质基础。第11页黑体模型黑体模型空腔上小孔空腔上小孔炼钢炉上小洞炼钢炉上小洞向远处观察打开向远处观察打开窗子窗子近似黑体近似黑体平衡态时平衡态时 黑体辐射只依赖于黑体辐射只依赖于物体温度物体温度,与组成黑体材料与组成黑体材料 形形状无关状无关第12页试验装置试验装置T平行光管平行光管三棱镜三棱镜T第13页0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K试验结果试验结果第14页o试验值/m维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线12345678黑体辐射试验是物理学晴朗天空中黑体辐射试验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安乌云。一朵令人不安乌云。第15页3.3.能量子假说能量子假说：辐射黑体分子、原子振动可看作辐射黑体分子、原子振动可看作谐振子，这些谐振子能够发射和吸收辐射能。不过谐振子，这些谐振子能够发射和吸收辐射能。不过这些谐振子只能处于一些分立状态，在这些状态中，这些谐振子只能处于一些分立状态，在这些状态中，谐振子能量并不象经典物理学所允许可含有任意值。谐振子能量并不象经典物理学所允许可含有任意值。对应能量是某一最小能量对应能量是某一最小能量（称为能量子）整数倍，（称为能量子）整数倍，即：即：,1,1,2,2,3,3,.,.n n.n n为正整数，为正整数，称为称为量子数。量子数。对于频率为对于频率为谐振子最小能量为谐振子最小能量为能量能量量子量子经典经典第16页(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克试验值试验值第17页普朗克能量子假说和黑体辐射公式普朗克能量子假说和黑体辐射公式1.黑体辐射公式黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国普朗克在德国物理学会会议上提出一个物理学会会议上提出一个黑体辐射公式黑体辐射公式M.Planck 德国人德国人 18581947第18页v 普朗克以后又为这种与经典物理格格不入观念深感不安，只是在经过十多年努力证实任何复归于经典物理企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h引入确实反应了新理论本质。v 19他荣获诺贝尔物理学奖。v 他墓碑上只刻着他姓名和第19页 黑体辐射研究卓有成效地展现在黑体辐射研究卓有成效地展现在人们眼前，人们眼前，紫外灾难疑点找到了紫外灾难疑点找到了，为人类处理了一大难题。使热爱科为人类处理了一大难题。使热爱科学人们又一次倍感欣慰，但真理与学人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？谬误之争就此平息了吗？第20页v物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发觉一个带负电金属板被紫外光照射会放电。近以后，1897年，J.Thomson发觉了电子，此时，人们认识到那就是从金属表面射出电子，以后，这些电子被称作光电子(photoelectron)，对应效应叫做光电效应。人们本着对光完美理论（光波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？第21页