《能量量子化》概述ppt课件.ppt
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. 材料鉴赏材料鉴赏动 量 守 恒 定 律动 量 守 恒 定 律第 十 六 章第 十 六 章在火炉旁边有什么感觉？想 一 想想 一 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.概念概念: :一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波, ,这种辐射与物这种辐射与物 体 的 温 度 有 关体 的 温 度 有 关 , , 所 以 叫 做 热 辐 射所 以 叫 做 热 辐 射 . .2.2.特点特点: :辐射强度及波长成分的分布随温度变化辐射强度及波长成分的分布随温度变化; ; 随着温度的升高随着温度的升高, ,电磁波的短波成分增加电磁波的短波成分增加. .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. .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 从远处从远处观察打开的窗子近似黑色观察打开的窗子近似黑色想 一 想想 一 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?1.1.定义定义: :如果某种物体能够如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长完全吸收入射的各种波长的电磁的电磁波而波而不发生反射不发生反射, ,则称这种物体为绝对黑体则称这种物体为绝对黑体, ,简称黑体简称黑体. .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（理想模型）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 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 M,T 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： M,T h = 6.626 10 34 Js hPlanck Planck 抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐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射或吸收的能量可以为任意值的旧观点, ,提出了提出了能量子、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进行的新观点. .这不仅成功地解决了热辐射中的难题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而且开创物理学研究新局面, ,标志着人类对自然规律的标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入到微观领域认识已经从宏观领域进入到微观领域, ,为量子力学的诞为量子力学的诞生奠定了基础生奠定了基础.1918.1918年他荣获诺贝尔物理学奖年他荣获诺贝尔物理学奖. .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 科学视野科学视野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课堂总结课堂总结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课堂测试课堂测试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。课堂测试课堂测试3. 对应于对应于3.4l0 19 J 的能量子，其电磁辐射的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？的频率和波长各是多少？解：根据公式解：根据公式 = h 和和 = 得：得： ch = = 5.131014 Hzcv = = 5.8510 7 m课堂测试课堂测试
