黑体辐射普朗克能量子假设[1].ppt
第一节第一节第一节第一节 经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性经典力学的成就与局限性日心说日心说落体定律落体定律惯性定律惯性定律解决完全解决完全弹性碰撞弹性碰撞开普勒三开普勒三大定律大定律牛顿定律牛顿定律万有引力定律万有引力定律11、经典时空观、经典时空观惯性参考系：惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。考系，简称惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。考系都是惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。都是非惯性系。21、经典时空观、经典时空观（1）绝对时间绝对时间，是永远均匀地流逝，与任是永远均匀地流逝，与任何外界无关；何外界无关；（2）绝对空间，绝对空间，与任何外界事物无关，它与任何外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。从不运动，并且永远不变。三条推论：三条推论：同时的绝对性；同时的绝对性；时间间隔的绝对性；时间间隔的绝对性；空间间隔的绝对性。空间间隔的绝对性。绝对时空观还认为绝对时空观还认为物体的质量也是恒定不变物体的质量也是恒定不变的，与观察者的运动无关。的，与观察者的运动无关。31 1、经典时空观、经典时空观 同时是绝对的：一节车厢中间顶部同时是绝对的：一节车厢中间顶部O O挂着一盏灯，前后门都有自动装置，使挂着一盏灯，前后门都有自动装置，使车门一接到光信号便自动打开，车厢中车门一接到光信号便自动打开，车厢中部站观察者小明，站台中间站着小芳。部站观察者小明，站台中间站着小芳。火车静止时，火车静止时，车上的小明和站台上的车上的小明和站台上的小芳小芳都都观察观察到到前后前后两个车门同时打开。两个车门同时打开。41、经典时空观、经典时空观（1）绝对时间绝对时间，是永远均匀地流逝，与任是永远均匀地流逝，与任何外界无关；何外界无关；（2）绝对空间，绝对空间，与任何外界事物无关，它与任何外界事物无关，它从不运动，并且永远不变。从不运动，并且永远不变。三条推论：三条推论：同时的绝对性；同时的绝对性；时间间隔的绝对性；时间间隔的绝对性；空间间隔的绝对性。空间间隔的绝对性。绝对时空观还认为绝对时空观还认为物体的质量也是恒定不变物体的质量也是恒定不变的，与观察者的运动无关。的，与观察者的运动无关。5相对论早上6：20，你躺在床上，“闭上眼睛5分钟”，睁开眼睛就已经是7：00晚上20:25，你坐在教室，“闭上眼睛5分钟”，睁开眼睛却是20:26.62 2、狭义相对论的基本公设、狭义相对论的基本公设为解决矛盾，爱因斯坦于为解决矛盾，爱因斯坦于19051905年提年提出狭义相对论，其前提是两条基本假设：出狭义相对论，其前提是两条基本假设：（1 1）相对性原理：在不同的惯性参）相对性原理：在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。考系中，一切物理规律都是相同的。（2 2）光速不变原理：不管在哪个惯）光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都相同。性系中，测得的真空中的光速都相同。73 3、相对论的时空观、相对论的时空观 同时是相对的：同时是相对的：在一个惯性参考在一个惯性参考系中观察到是同时发生的两个事件，在系中观察到是同时发生的两个事件，在另一个惯性系中观察很可能是不同时的。另一个惯性系中观察很可能是不同时的。火车运动时，车上的小明观察到：火车运动时，车上的小明观察到：两个车门同时打开。两个车门同时打开。83 3、相对论的时空观、相对论的时空观 同时是相对的：同时是相对的：在一个参考系中在一个参考系中观察到是同时发生的两个事件，在另一观察到是同时发生的两个事件，在另一个参考系中观察很可能是不同时的。个参考系中观察很可能是不同时的。火车运动时，站台上的小芳观察到：火车运动时，站台上的小芳观察到：后门先开，前门后开。后门先开，前门后开。同时的相同时的相对性是针对性是针对发生在对发生在不同地点不同地点的事件而的事件而言的言的91010同时性具有相对性同时性具有相对性103 3、相对论的时空观、相对论的时空观 运动的物体变短：运动的物体变短：一个物体相对于一个物体相对于观察者静止时，长度测量值最大；运动时，观察者静止时，长度测量值最大；运动时，在运动方向上观察的长度缩短，速度越快，在运动方向上观察的长度缩短，速度越快，缩得越短缩得越短。111212牛顿的时间牛顿的时间 独立于意识之外独立于意识之外爱因斯坦的时间爱因斯坦的时间:人们在时钟上测到的物理量人们在时钟上测到的物理量123 3、相对论的时空观、相对论的时空观 运动的时钟变慢：运动的时钟变慢：时钟相对于观时钟相对于观察者静止时，走得快；相对于观察者运察者静止时，走得快；相对于观察者运动时，观察者看到它变慢了。运动速度动时，观察者看到它变慢了。运动速度越大，效果越明显。越大，效果越明显。133 3、相对论的时空观、相对论的时空观 运动的物体质量变大运动的物体质量变大：当速度接：当速度接近光速时，质量趋于无穷大。如果物体近光速时，质量趋于无穷大。如果物体的运动速度比光速小得多时，物体运动的运动速度比光速小得多时，物体运动时的质量与物体静止时的质量相等。时的质量与物体静止时的质量相等。特 别 提 醒 相对论把原来认为毫无联系的相对论把原来认为毫无联系的时间、空间时间、空间和物质和物质运动运动密切密切联系联系起来，揭示了它们之间的依起来，揭示了它们之间的依赖关系。是时空观发展史上的一次大变革。赖关系。是时空观发展史上的一次大变革。相相对论并没有完全否认经典力学对论并没有完全否认经典力学，经典力学是相对经典力学是相对论在物质运动速度远小于光速时的近似论在物质运动速度远小于光速时的近似结果。结果。141515二相对论产生的历史背景二相对论产生的历史背景 世界著名的英国物理学家开尔文在刚跨入世界著名的英国物理学家开尔文在刚跨入20 世纪的世纪的“元旦祝辞元旦祝辞”说，说，“在已经建成的科在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了的修补工作了”，但是他敏锐地注意到，在，但是他敏锐地注意到，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云人不安的乌云.15 一切物体中的原子和分子都要受热激发而发射一切物体中的原子和分子都要受热激发而发射各种波长的电磁波，其辐射的功率和波长取决于物各种波长的电磁波，其辐射的功率和波长取决于物体的温度，称为体的温度，称为热辐射热辐射固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K原子不同，辐射的颜色也不同原子不同，辐射的颜色也不同锶锶(Sr)铷铷(Rb)铜铜(Cu)15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设一一 热辐射热辐射161.绝对黑体绝对黑体模型：模型：空腔小孔空腔小孔物体发射能量的同时，物体发射能量的同时，又吸收其它物体的辐射能。又吸收其它物体的辐射能。发射发射=吸收时，物体温度不变吸收时，物体温度不变 热平衡热平衡 （动态平衡）（动态平衡）能全部吸收入能全部吸收入射辐射能的物体射辐射能的物体绝热不绝热不透明透明17能量连续的观点能量连续的观点无法解释实验得无法解释实验得来的曲线来的曲线普朗克公式:用能量不是连续的观用能量不是连续的观点成功解释了实验得出点成功解释了实验得出来的曲线来的曲线181 1普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说能量子假说：能量子假说：物质辐射物质辐射(或吸收或吸收)能量时，能量值不是连续的，而是一能量时，能量值不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份就是一个最份一份地进行的，每一份就是一个最小的能量单位小的能量单位,称为称为“能量子能量子”,这个这个最小能量最小能量E E跟辐射的频率跟辐射的频率v v成正比，即成正比，即E E=hvhv,其中其中h h=6.63=6.631010-34-34J J s s，称为，称为普朗克常量。普朗克常量。19爱因斯坦在光的发射和吸收过在光的发射和吸收过程中程中,能量是不连续的能量是不连续的;也是由一个个能量子也是由一个个能量子组成组成.这些能量子叫光这些能量子叫光量子量子,也叫也叫”光子光子”光子光子的能量也是的能量也是hv.光子说成功地解释了光子说成功地解释了经典物理所遭遇的另经典物理所遭遇的另一难题一难题-光电效应光电效应.202 2、光电效应现象、光电效应现象 光电效应现象。光电效应现象。经典物理学经典物理学(光的波动说光的波动说)无法无法对现象进行圆满解释。对现象进行圆满解释。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说能圆满解释。能圆满解释。213 3、光的波粒二象性、光的波粒二象性少量光子的行为表现出光的粒子性；少量光子的行为表现出光的粒子性；明暗相间的条纹显示光具有波动性。明暗相间的条纹显示光具有波动性。22托马斯-杨光电效应光电效应-光是粒子光是粒子 光的干涉实验光的干涉实验-光是波光是波爱因斯坦说爱因斯坦说:光具有光具有波粒二波粒二象性象性.光既是波也是粒子光既是波也是粒子.在在宏观宏观上上,大量光子传播往大量光子传播往往表现为往表现为波动波动性性,在在微观微观上上,个别光子在与其他物质发个别光子在与其他物质发生作用时往往表现为生作用时往往表现为粒子粒子性性.234 4、原子光谱的不连续性、原子光谱的不连续性原子只能处于一系列不连续的能量状态中。原子只能处于一系列不连续的能量状态中。24三三.经典力学的局限性和适用范围经典力学的局限性和适用范围经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动经典力学只适用于处理物体的低速运动（v v c c）经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学不适用于微观领域中物质结构和能量不连续的现象经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只在惯性参考系中成立经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速经典力学规律只能用于宏观、低速（与光速相比与光速相比）的情形，的情形，的情形，的情形，且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。且只在惯性参考系中成立。牛顿运动定律与参考系牛顿运动定律与参考系经典力学与与运动速度经典力学与与运动速度惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：惯性参考系：凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。凡是牛顿定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。所有相对于惯性系作变速运动的参考系都是非惯性系。25
