物理：17.1《能量量子化：物理学的新纪元》课件(人教版选修3-5).ppt

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1、能量量子化：物理学的能量量子化：物理学的新纪元新纪元第一节第一节19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方温度、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象的面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、方程。另外还找到了力、电、光、声声-等都遵循的规律等都遵循的规律-能量转化与守恒能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些定律。当时许多物理学家

2、都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。发展到头了。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

3、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，还有两朵令但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，人不安的乌云，-”这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。另一朵与迈克尔逊实验有关。然而然而,事隔不到一年事隔不到一年(1900年底年底)，就从，就从第第一朵乌云中降生了量子论一朵乌云中降生了量子论，紧接着，紧接着(1905年年)从第二朵乌云中降生了

4、相对论。从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路山重水复疑无路,柳暗花明又一村柳暗花明又一村 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。特征与温度有关。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1400K800K1000

5、K1200K1.1.1.1.热辐射现象热辐射现象热辐射现象热辐射现象黑体与黑体与 黑体辐射黑体辐射一、一、热辐射及其特点热辐射及其特点1.热辐射热辐射由于分子热运动导致物体辐射电磁波由于分子热运动导致物体辐射电磁波温度不同时温度不同时 辐射的波长分布不同辐射的波长分布不同 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这种与温度有关这种与温度有关的的辐射辐射 称为称为热辐射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2.对热辐射的初步认识对热辐射的初步认识任何物体任何温度均存在热辐射任何物体任何温度均存在热辐射温度温度 发

6、射的能量发射的能量 电磁波的短波成分电磁波的短波成分 如一个如一个20瓦的白炽灯和一个瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯瓦的白炽灯昏黄色昏黄色贼亮贼亮 刺眼刺眼直觉直觉:低温物体发出的是低温物体发出的是红外光红外光 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紫外光注意：注意：热辐射与温度有关热辐射与温度有关 激光激光 日光灯发光不是热辐射日光灯发光不是热辐射二、平衡热辐射二、平衡热辐射 加热一物体加热一物体 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在同一物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量时间内辐射的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射这时

7、得到的辐射称为平衡热辐射能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称折射和透射的物体称为绝对黑体。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 不透明的材料制成带小孔的的空腔不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看可近似看作作黑体黑体。黑体模型黑体模型 研究黑体辐射的研究黑体辐射的规律是了解一般物体规律是了解一般物体热辐射性质的基础。热辐射性质的基础。黑体模型黑体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远处观察打开向远处观察打开的窗子的窗子近似黑体近似黑体平平

8、衡衡态态时时 黑黑体体辐辐射射只只依依赖赖于于物物体体的的温温度度,与与构构成成黑黑体体的的材材料料 形形状状无无关关实验装置实验装置T平行光管平行光管三棱镜三棱镜T0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K实验结果实验结果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黑体辐射实验是物理学晴朗天空中黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。一朵令人不安的乌云。3.3.能量子假说能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但作谐振子，这些谐振子

9、可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为（称为能量子）的整数倍，即：能量子）的整数倍，即：,1,1,2,2,3,3,.n n.n n为正整数，称为为正整数，称为量子数。量子数。对于频率为对于频率为的谐振子最小能量为的谐振子最小能量为能量能量量子量子经典经典(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克实验值实验值普朗克的能量子假说和黑体辐射公式普朗克的能量子

10、假说和黑体辐射公式1.黑体辐射公式黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国普朗克在德国物理学会会议上提出一个物理学会会议上提出一个黑体辐射公式黑体辐射公式M.Planck 德国人德国人 18581947 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映的引入确实反映了新理论的本质。了新理论的本质。1918年他荣获诺贝尔物理学奖年他荣获诺贝尔物理学奖。他

11、的墓碑上只刻着他的姓名和他的墓碑上只刻着他的姓名和 黑体辐射的研究卓有成效地展现黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，在人们的眼前，紫外灾难的疑点找紫外灾难的疑点找到了到了，为人类解决了一大难题。使为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？但真理与谬误之争就此平息了吗？物理难题：物理难题：1888年，霍瓦年，霍瓦(Hallwachs)发现发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近近10年以后，年以后，1897年年，J.Thomson发现了发现了电子电子，此时，此时，人们认识到那就是

12、从金属表人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电相应的效应叫做光电效应效应。人们本着对光的完美理论（光的波。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？果？；http:/ vag03wdv 瞬间涌上了大家的心头少顷，耿老爹拿起扁担，对耿正兄妹三人说：“走吧。估计等着渡江的人不少呢，咱们得赶早。”耿老爹挑起箩筐，耿正兄妹三人各背起一卷行李，踏着坑坑洼洼的泥泞路，异常艰难地一步一步朝着汉口镇东南方向的长江渡口走去当日头缓慢地

13、移动到中天时，耿家父子四人终于来到了长江渡口上。到了这里才发现，渡口上排队等待过江的人非常多，全部都是锅碗瓢盆拖家带口的，但秩序尚好。父子四人顺序排到队尾，疲惫地靠在行李上歇息着。此时，久违的正午艳阳不适时宜地放射着炙热的光线，更让逃难的人们感到异常的心力交瘁。江面上，几艘渡船不断地往返送客。前面的人们陆续上船了，后面的人们就顺序往前挪一点儿。疲惫不堪的人们有的靠在自家的行李上打盹，还有的干脆就铺一点儿草席什么的躺在潮湿的岸边睡着了。不远处，官府正在组织几百号人的队伍在前几天发生决口的地方重新打桩筑堤，劳动的口号声此起彼伏，但听起来却不免让人有一种无以言表的悲壮感觉。想着肆虐的洪水给汉口镇造成

14、的巨大损害，耿家兄妹三人无论如何也不愿意用美丽这个字眼来形容眼前的这条滔滔大江了。他们只是有点儿麻木地坐在长江边上，无奈地望着眼前仍然还非常宽阔的江面，耐心地等待过江。虽然“耿记粮油零售店”的一切依然还那么清晰地留在他们的心里，甚至有点儿不相信她已经永远地消失了，但他们必须得面对这无情的现实，必须得在炎热与疲惫中经过漫长的等待，渡过这条无情的长江去。因为爹说了，他们的希望只能是在江南了耿老爹关照兄妹三个是否吃点儿干粮，大家都摇摇头。他又说“那就喝点儿水吧，别上火了。”于是，大家都喝了点儿水继续等待。在日头偏西的时候，终于轮到耿家父子们上船了。由于想要过江的人太多，船家为了多赚取渡运费，就尽量地

15、满载运渡，所以渡船上显得非常拥挤。好在时间不长，就顺利地渡过去了。下了渡船就到了武昌镇的境界了。武昌镇实际上比汉口镇还要繁华得多，只是最近几天渡江过来的人太多，估计已经是不堪重负了。走出渡口后，耿老爹向一位黑红脸膛，壮壮实实的脚夫打听：“请问，附近可有客栈可以借宿吗？”这位脚夫连连摇摇头，说：“没有没有。甭说附近了，就是整个武昌镇上，所有的客栈恐怕也都已经住满了！”看看父子四人肩挑背扛的疲惫模样，脚夫又说：“可需要我去招呼几个兄弟替各位往哪里送一送行李？”耿老爹忙说：“谢谢，不用了。您去忙吧！”脚夫转身走了。耿老爹抬头看看天色，对耿正兄妹三人说：“天儿快黑了，咱们得赶快进镇，无论如何也得寻找到一个可以临时栖身的场所！”父子四人一路走来，沿途看到很多从江北渡船过来的人，一个个都无精打采灰头土脸