能量量子化上课用.ppt

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1、无锡市第一中学 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，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后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。的修补工作就行了。”-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！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，但开尔文

2、毕竟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：就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，还有两朵但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人令人不安的乌云不安的乌云，-”这这两朵乌云两朵乌云是指什么呢？是指什么呢？一朵一朵：与黑体辐射有关：与黑体辐射有关量子力学量子力学另一朵另一朵：与迈克尔逊实验有关：与迈克尔逊实验有关相对论相对论思考与讨论1 1，在炉火旁边有什么感觉？，在炉火旁边有什么感觉？2 2，投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过，投在炉中的铁块一开始是什么颜色？过一会儿又是什么颜色？一会儿又是什么颜色？一、黑体与黑体辐射一、黑体与黑体辐射1 1、热

3、辐、热辐射射:（1 1）定义：）定义：一一切物体由于分子、原子受到激发都在辐射切物体由于分子、原子受到激发都在辐射电磁波电磁波,这种辐射与温度有关这种辐射与温度有关,故称为故称为热辐射；热辐射；（2 2）特性：辐射强）特性：辐射强度按波度按波长的分长的分布情况布情况随物体的温度而随物体的温度而有所不同。有所不同。温温度升高，辐射电磁波中短波长成分更度升高，辐射电磁波中短波长成分更多；多；（3 3）热辐射不需要高温，在任何温度下都会发出一定的）热辐射不需要高温，在任何温度下都会发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。固体在温度升高时颜色的

4、变化固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K 例如：铁块例如：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直觉直觉:低温物体发出的是低温物体发出的是红外光（线）红外光（线）炽热物体发出的是炽热物体发出的是可见光可见光 高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光（线）紫外光（线）某种物体能够某种物体能够全部吸收入射的各种波长的电全部吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射磁波而不发生反射、这种物体称为、这种物体称为绝对黑体绝对黑体。简称简称黑体。黑体。2 2 2 2、黑体辐射实验规律、黑体辐射实验规律、黑体辐射实验规律、黑体辐射实验规律 不透

5、明的材料制成带小孔的空腔不透明的材料制成带小孔的空腔,从小孔射入从小孔射入的电磁波在空腔内多次反射和吸收，最终不能从空的电磁波在空腔内多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，腔射出，这个小孔这个小孔就可近似看作就可近似看作黑体黑体。黑体模型黑体模型黑体是理想化模型黑体是理想化模型空腔上的小孔空腔上的小孔炼钢炉上的小洞炼钢炉上的小洞向向远处观察打开远处观察打开的窗子的窗子近似黑体近似黑体一、黑体与黑体辐射一、黑体与黑体辐射一、黑体与黑体辐射一、黑体与黑体辐射 实验表明对于一般材料的物体，辐射实验表明对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外还与材料的电磁波的情况除与温度有关外还与材料的种类及

6、表面状况有关而黑体辐射电磁波的种类及表面状况有关而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通意义的客观规律于而反映了某种具有普通意义的客观规律于是，在研究是，在研究热辐射热辐射的规律时人们特别注意的规律时人们特别注意对对黑体辐射黑体辐射的研究的研究.0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K实实验规律：验规律：1、每一条曲线都有一极大值。、每一条曲线都有一极大值。2、随着温度的升高，各种波、随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增大，且长的辐射强度都有所增大，且辐射强度的极大值向波长较短辐射强度的

7、极大值向波长较短的方向移动。的方向移动。二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律二、黑体辐射实验规律辐射强度辐射强度o实验值/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如何解释黑体辐射的实验规律呢？如何解释黑体辐射的实验规律呢？三、能量子三、能量子三、能量子三、能量子 超越牛顿的发现超越牛顿的发现超越牛顿的发现超越牛顿的发现 微观世界的某微观世界的某些规律，在我们些规律，在我们宏观世弄看来可宏观世弄看来可能非常奇怪。能非常奇怪。普朗克于普朗克于19001900年底，提出大胆假设：振动着的带电微

8、年底，提出大胆假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值粒的能量只能是某一最小能量值 的整数倍的整数倍即：即：,2 2,3,3,.,.n n.n n为正整数，称为为正整数，称为量子数。量子数。这这一最小能量一最小能量称为称为能量子能量子。对于频率为对于频率为的电磁波，最小能量为的电磁波，最小能量为能量能量微观微观量子量子宏观宏观经典经典能量量子化假说能量量子化假说其中h=6.6310-34Js，后人称之为普朗克常量(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克实验值实验值三、能量子三、能量子三、能量子三、能量子 超越牛顿的发现超越牛顿的发现超越牛顿的发现超越牛顿的发现问题与练习问题与练习 在一杯开水中放入一枝温度计，在一杯开水中放入一枝温度计，开水静置室内，可以看到开水的温度开水静置室内，可以看到开水的温度逐渐降低的，既然从微观的角度来看逐渐降低的，既然从微观的角度来看能量是一份一份向外辐射的，为什么能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低？它的温度不是一段一段地降低？解答：开水向外辐射的每一份能量子能量很小（微观量），而水降低1摄氏度释放的能量很大（宏观量），由于温度计的精度不够，所以观察到的温度计的温度不是一段一段降低的。