波粒二象性第一节优秀课件.ppt
波粒二象性第一节第1页，本讲稿共15页于是于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物世纪物理学的发展的文章中说到：理学的发展的文章中说到：“在已经基本建成的科学大厦中，在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。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，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面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！在加几位罢了！但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就但开尔文毕尽是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，安的乌云，-”第2页，本讲稿共15页这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？热辐射实验热辐射实验迈克尔逊迈克尔逊-莫雷实验莫雷实验后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。第3页，本讲稿共15页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什么回事呢？这两朵乌云到底是什么回事呢？经典力学经典力学量子力学量子力学相对论相对论微观领域微观领域高速领域高速领域第4页，本讲稿共15页波粒二象性波粒二象性 第第1 1节节 能量量子化能量量子化:物理学的新纪元物理学的新纪元第5页，本讲稿共15页思考与讨论思考与讨论1:在火炉旁边有什么感觉在火炉旁边有什么感觉?投在炉中的铁块开始是什么颜色投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会有是什么颜色过一会有是什么颜色?任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多少，以及电磁波波长的分布都与温度有关，故称为多少，以及电磁波波长的分布都与温度有关，故称为热辐射热辐射。室温时室温时 波长较长的电磁波波长较长的电磁波高温高温 波长较短的电磁波波长较短的电磁波热辐射的主要成分热辐射的主要成分:无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。能量及其按波长的分布都随温度而变化。一、热辐射一、热辐射热辐射热辐射 -热能转化为电磁能的过程热能转化为电磁能的过程第6页，本讲稿共15页热辐射解释：热辐射解释：大量带电粒子的无规则热运大量带电粒子的无规则热运动引起的。物体中每个分子、原子或离子动引起的。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作都在各自平衡位置附近以各种不同频率作无规则的微振动，每个带电微粒的振动都无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各种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。波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。热平衡状态：热平衡状态：向外发射的电磁波能量向外发射的电磁波能量=从从外界吸收的能量外界吸收的能量 第7页，本讲稿共15页二、黑体与黑体辐射二、黑体与黑体辐射定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。为绝对黑体，简称黑体。用不透明材料制成一空心容器，用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔壁上开一小孔，可看成可看成绝对黑体绝对黑体第8页，本讲稿共15页说明：说明：黑体是个理想化的模型。黑体是个理想化的模型。例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。一般的材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外还与一般的材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外还与材料的种类及表面状况有关材料的种类及表面状况有关 对于黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温对于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度有关三、黑体辐射的实验规律三、黑体辐射的实验规律1）测量黑体辐射的实验原理图：）测量黑体辐射的实验原理图：第9页，本讲稿共15页实验装置实验装置T平行光管平行光管三棱镜三棱镜T第10页，本讲稿共15页2）辐射强度：）辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总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。辐射能，称为辐射强度。实验发现：随温度实验发现：随温度的升高的升高各种波长的辐射各种波长的辐射强度都在增加；强度都在增加；辐射强度的最大值辐射强度的最大值向短波方向移动。向短波方向移动。第11页，本讲稿共15页3)经典物理学所遇到的困难经典物理学所遇到的困难解释实验曲线解释实验曲线1）维恩的半经验公式：）维恩的半经验公式：公式适合于短波波段，公式适合于短波波段，长波波段与实验偏离。长波波段与实验偏离。公式只适用于长波段公式只适用于长波段,而在紫外区与实验不符而在紫外区与实验不符,-紫外灾难紫外灾难2）瑞利）瑞利-金斯公式金斯公式玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 k=1.380658 10-23J/K实验实验瑞利瑞利-琼斯线琼斯线维恩线维恩线T=1646k第12页，本讲稿共15页实验实验瑞利瑞利-琼斯线琼斯线维恩线维恩线T=1646k普朗克线普朗克线普朗克的拟合结果普朗克的拟合结果三、能量子：超越牛顿的发现三、能量子：超越牛顿的发现第13页，本讲稿共15页 普朗克能量子假说普朗克能量子假说振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整的整数倍数倍 E=n n=1,2,叫能量子，叫能量子，简简称量子，称量子，n为为量子数，它只取正整数量子数，它只取正整数能量量子化能量量子化*当带电微粒当带电微粒辐射或吸收能量辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续方只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量式辐射或吸收能量 h=6.626 10-34J.S。-普朗克常数普朗克常数 三、能量子：超越牛顿的发现三、能量子：超越牛顿的发现*最小能量为：最小能量为：=h 是电磁波的频率是电磁波的频率第14页，本讲稿共15页意意义义：Planck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从从宏宏观观领领域域进进入微入微观领观领域，域，为为量子力学的量子力学的诞诞生奠定了基生奠定了基础础。第15页，本讲稿共15页
