171能量量子化概述.pptx

材料鉴赏材料鉴赏 19 19世纪末叶，牛顿定律在各个领域里都取得了世纪末叶，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能 .在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的象的 MaxwellMaxwell方程方程 .另外还找到了力、电、光、声另外还找到了力、电、光、声-等都遵循的等都遵循的规律规律-能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律 .当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中中.他们认为物理学已经发展到头了他们认为物理学已经发展到头了 .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！材料鉴赏材料鉴赏1900年,在英国皇家学会的新年庆祝会上,物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了 “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，”重视现实和有眼力的科学家开尔文在最后提到：这两朵乌云是指什么呢？材料鉴赏材料鉴赏后来的事实证明,正是这两朵乌云发展成为一场革命性的风暴,乌云落地化为一场春雨,浇灌着两朵鲜花.黑体辐射实验黑体辐射实验黑体辐射实验黑体辐射实验迈克尔逊迈克尔逊迈克尔逊迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验莫雷实验莫雷实验普朗克量子力学的诞生普朗克量子力学的诞生相对论问世相对论问世这两朵乌云到底是怎么回事呢？这两朵乌云到底是怎么回事呢？量量 子子 力力 学学相相 对对 论论微微 观观 领领 域域高高 速速 领领 域域经经 典典力力 学学材料鉴赏材料鉴赏动动 量量 守守 恒恒 定定 律律第第 十十 六六 章章 第十七章：波粒二象性 17.1 17.1 能能 量量 量量 子子 化化在火炉旁边有什么感觉？想想 一一 想想投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会又是什么颜色?暗红橘红黄白色看不出发光1 1.概概 念念:一一 切切 物物 体体 都都 在在 辐辐 射射 电电 磁磁 波波,这这 种种 辐辐 射射 与与 物物 体体 的的 温温 度度 有有 关关,所所 以以 叫叫 做做 热热 辐辐 射射.一一 .热辐射热辐射 2 2.特特 点点:辐辐射射强强度度及及波波长长成成分分的的分分布布随随温温度度变变化化;随随着着温温度度的的升升高高,电电磁磁波波的的短短波波成成分分增增加加.室温时室温时波长波长较长较长的电磁波的电磁波;高温时高温时波长波长较短较短的电磁波的电磁波.低温物体发出的是 ；炽热物体发出的是 ；高温物体发出的是 .红外光可见光紫外光固固体体在在温温度度升升高高时时颜颜色色的的变变化化固固体体在在温温度度升升高高时时颜颜色色的的变变化化例如：铁块温度 从看不出发光到 暗 红经 橘 红 直到 黄 白 色3.3.热辐射的原因：热辐射的原因：物体中每个分子、原子或离子都在各物体中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率做无规则的微振动，每自平衡位置附近以各种不同频率做无规则的微振动，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射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱.一一 .热辐射热辐射 4 4.热平衡状态：热平衡状态：物体的温度恒定时物体的温度恒定时,物体所吸收的能量等于物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量在同一时间内辐射的能量,这时得到的辐射称为平衡热辐射这时得到的辐射称为平衡热辐射.向外发射的电磁波能量向外发射的电磁波能量 =从外界吸收的能量从外界吸收的能量 从远处观察打开的窗子近似黑色从远处观察打开的窗子近似黑色想想 一一 想想从远处观察教学楼,打开的窗子与关闭的窗子有什么不同?为什么?二二 .黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射 1 1.定定义义:如如果果某某种种物物体体能能够够完完全全吸吸收收入入射射的的各各种种波波长长的的电电磁磁波波而而不不发发生生反反射射,则则称称这这种种物物体体为为绝绝对对黑黑体体,简简称称黑黑体体.物 体辐射电磁波吸收电磁波反射电磁波不透明材料制成的空腔上的小孔空腔壁上的小孔远处的窗口黑黑体体模模型型（理想模型）二二 .黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射 物 体辐射电磁波吸收电磁波反射电磁波一般物体的辐射与温度、材料的种类及表面状况有关；但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，因而反映了某种具有普遍意义的客观规律。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础 1.测量黑体辐射的实验原理图平行光管平行光管平行光管平行光管三棱镜三棱镜三棱镜三棱镜T TT T空空空空 腔腔腔腔三三 .黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律 加热空腔使其温度升高加热空腔使其温度升高,空腔小孔就成了不同温空腔小孔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射.单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的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。（总辐射能，称为辐射强度。（了解了解）特点：特点：随温度的升高随温度的升高2.辐射强度三三 .黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律 绝对黑体的温度升高时，辐射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强度的最大值向短波方向移动.各种波长的辐射强度都在增加各种波长的辐射强度都在增加；3.经典物理学所遇到的困难 解释实验曲线 一朵令人不安的乌云紫紫紫紫 外外外外 灾灾灾灾 难难难难 实验值实验值实验值实验值瑞瑞瑞瑞利利利利 金金金金斯斯斯斯线线线线 0 0/mm1 12 23 34 45 56 67 78 8维恩线维恩线维恩线维恩线三三 .黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律 1)维恩的半经验公式：短波符合，长波不符合2)瑞利 金斯公式：长波符合，短波荒唐 紫外灾难 h=6.626 10 34 Js 普朗克常量 能量量子经典四四 .能量子：超牛顿的发现能量子：超牛顿的发现 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，)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;3.带电微粒只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；4.对于频率为 的谐振子，最小能量为：=h 维恩线维恩线维恩线维恩线紫紫紫紫 外外外外 灾灾灾灾 难难难难 0 0实验值实验值实验值实验值/m/m1 12 23 34 45 56 67 78 8瑞瑞瑞瑞利利利利 金金金金斯斯斯斯线线线线 普朗克普朗克普朗克普朗克普朗克公式与实验结果的比较普朗克公式与实验结果的比较h=6.626 10 34 Js 四四 .能量子：超牛顿的发现能量子：超牛顿的发现 普朗克爱因斯坦P Pl la an nc ck k 抛抛弃弃了了经经典典物物理理中中的的能能量量可可连连续续变变化化、物物体体辐辐射射或或吸吸收收的的能能量量可可以以为为任任意意值值的的旧旧观观点点,提提出出了了能能量量子子、物物体体辐辐射射或或吸吸收收能能量量只只能能一一份份一一份份地地按按不不连连续续的的方方式式进进行行的的新新观观点点.这这不不仅仅成成功功地地解解决决了了热热辐辐射射中中的的难难题题,而而且且开开创创物物理理学学研研究究新新局局面面,标标志志着着人人类类对对自自然然规规律律的的认认识识已已经经从从宏宏观观领领域域进进入入到到微微观观领领域域,为为量量子子力力学学的的诞诞生生 奠奠 定定 了了 基基 础础.1 19 91 18 8年年 他他 荣荣 获获 诺诺 贝贝 尔尔 物物 理理 学学 奖奖.死后他的墓碑上只刻着他的姓名和死后他的墓碑上只刻着他的姓名和 h h=6.6266.626 10 10 34 34 Js Js 科科学学视视野野1.热辐射现象 2.黑体与黑体辐射 黑体：吸收而不反射电磁波3.黑体辐射的实验规律 温度升高，辐射强度增加，强度的极大值向波长较短的方向移动4.能量子：超越牛顿的发现5.普朗克能量子理论成功解释黑体辐射 =h h h=6.6266.626 1010-34-34Js Js 普朗克常量普朗克常量课课堂堂总总结结1.下列叙述正确的是 ()A.一切物体都在辐射电磁波B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波ACD课课堂堂测测试试2.炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度。计炉内的温度。课课堂堂测测试试3.对应于对应于3.4l0 19 J 的能量子，其电磁辐射的的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？频率和波长各是多少？解：根据公式解：根据公式 =h 和和 =得：得：=5.131014 Hz =5.8510 7 m课课堂堂测测试试