物理 第五章 经典力学的成就与局限性 3 初识量子论 教科版必修2 .ppt

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1、5.3 5.3 5.3 5.3 初识量子论（选学）初识量子论（选学）初识量子论（选学）初识量子论（选学）19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了强、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一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。方程。另外还找到了力、电、光、声另外还找到了力、电、光、声-等都遵循等都遵循的规律的规律-能量转化与守恒定律。当时许多能量转化与守恒定

2、律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。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。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勋著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言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的修补工作就行了。后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”-开尔文开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过也就是说：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

3、小数点后面在加几位罢了！的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上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：面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，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，就从第一朵第一朵乌云中降生了量子论乌云中降生了量子论，紧接着，紧

4、接着(1905年年)从第从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓领域。正可谓“山重水复疑无路山重水复疑无路,柳暗花明又柳暗花明又一村一村一、量子论的基本内容一、量子论的基本内容1、量子、量子论认为微微观世界的某些物理量不能世界的某些物理量不能连续变化而只能取某些分立化而只能取某些分立值，相，相邻两分两分立立值之差称之差称该物理量的一个量子物理量的一个量子（1 1）普朗克解释黑体辐射。）普朗克解释黑体辐射。1).1).黑体：黑体：黑体：黑体：如果一个物体能够吸收

5、照射到它上面的全部辐射而无反如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就叫做黑体。射，这种物体就叫做黑体。2 2).黑体辐射：黑体辐射：黑体辐射：黑体辐射：黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波黑体的温度升高时可以辐射出任何频率的电磁波(包括可包括可见光和不可见光见光和不可见光)。黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释。黑体辐射的实验规律无法用经典物理学的理论解释。3).3).能量子假说：能量子假说：能量子假说：能量子假说：所所谓谓能能量量子子就就是是能能量量的的最最小小单单元元。微微观观领领域域里里能能量量的的变变化化总总表表现现为为电电磁磁波波的的辐辐射射与与吸

6、吸收收，不不同同频频率率的的电电磁磁波波其其能能量量子的值不同，表达式为：子的值不同，表达式为：E=E=hh 其其中中，是是电电磁磁波波的的频频率率，h是是一一个个普普遍遍适适用用的的常常量量，称称作作普朗克常量普朗克常量普朗克常量普朗克常量。由实验测得。由实验测得h 6.631034Js。4).4).能量的量子化能量的量子化能量的量子化能量的量子化 在在微微观观领领域域里里能能量量的的不不连连续续变变化化，即即只只能能取取分分立立值值的的现现象，叫做能量的量子化。象，叫做能量的量子化。普普普普朗朗朗朗克克克克的的的的能能能能量量量量子子子子假假假假说说说说不不不不仅仅仅仅解解解解决决决决了了

7、了了黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射的的的的理理理理论论论论困困困困难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。难，而且揭开了物理学上崭新的篇章。（2 2）爱因斯坦解释光电效应。）爱因斯坦解释光电效应。1 1）.定义：定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象在光的照射下，物体表面发出电子的现象 叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。2)2)光电效应：光电效应：在光的照射下，物体表面发出电子的现象在光的照射下，物体表面发出电子的现象 叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。叫做光电效应。发射出来的电子

8、叫光电子。猜想猜想:具备哪些条件才可能发发生光电效应规律具备哪些条件才可能发发生光电效应规律,要发生与哪些因素有关要发生与哪些因素有关?1 1）与光的强度有关吗）与光的强度有关吗?2 2）与光的颜色即与光的频率有关吗？）与光的颜色即与光的频率有关吗？3 3）与光照射时间有关吗？）与光照射时间有关吗？4 4）与被照射的材料有关吗？）与被照射的材料有关吗？3 3）光电效应规律光电效应规律 光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过光电效应的发生几乎是瞬时的，时间不超过10109 9s.s.任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光任何金属都有一个能产生光电效应的最低照射光 频率，叫做频率，叫做极限频率

9、极限频率光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，而与入射光强度无关。而与入射光强度无关。光电流强度与入射光的强度成正比光电流强度与入射光的强度成正比得出结论:光电效应的发生与否,与光的强弱无关,与照射时间 的长短无关,与光的频率、金属材料的种类有关。思考思考为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？回想一回想一下光的波动下光的波动理论是怎样理论是怎样描述光的能描述光的能量的呢？量的呢？1 1、波动理论无法解释极限频率、波动理论无法解释极限频率2 2、光电子最大初动能的大小应与光强有关，与、光电子最大初

10、动能的大小应与光强有关，与 频率无关频率无关 波动理论在解释光电效应时的矛盾波动理论在解释光电效应时的矛盾3 3、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生光光的的波波动动理理论论在在解解释释光光电电效效应应时时遇遇到到了了巨巨大大的的困困难难。后后来来，爱爱因因斯斯坦坦在在普普朗朗克克量量子子化化理理论论的的启启发发下下，提提出出了了光光子子学学说说普朗克普朗克爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说爱因斯坦在爱因斯坦在19051905年提出，在空间中传播的年提出，在空间中传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光

11、量子，简称光子叫做一个光量子，简称光子光子的能量和频率成正比：光子的能量和频率成正比：2、一切微、一切微观粒子具有波粒二象性粒子具有波粒二象性 微微观粒子在一定条件下粒子在一定条件下显示波示波动性，在有的条件下性，在有的条件下显示粒子性。当粒子的示粒子性。当粒子的质量或量或者能量越大者能量越大时，其波，其波动性就越不明性就越不明显。故宏。故宏观物体可以看成只具有粒子性。物体可以看成只具有粒子性。结论：结论：结论：结论：光既具有波的特性又具有粒子的特性。光既具有波的特性又具有粒子的特性。这就是光的这就是光的波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性。在宏观上，大量光子传播往往表现为波动性；在宏观上

12、，大量光子传播往往表现为波动性；在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性。在微观上，个别光子在与其他物质产生作用时，往往表现为粒子性。1）.光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性波动性波动性波动性；2）.光电效应现象、康普顿效应等说明光具有光电效应现象、康普顿效应等说明光具有粒子性粒子性粒子性粒子性。3、由于微、由于微观粒子运粒子运动的特殊的特殊规律性，使一个微律性，使一个微观粒子的某些粒子的某些物理量不可能同物理量不可能同时具有确定的数具有确定的数值。微微观粒子的位置和粒子的位置和动量，其中一个量越确定，另一个量就量，其中一个量越确定，另一个量就越不确定。越不确定。二、量子论的作用二、量子论的作用量子力学的建立，量子力学的建立，标志着人志着人们对于客于客观世界的世界的认识从宏从宏观深入到微深入到微观世界。极大的地加速了原子世界。极大的地加速了原子物理学的物理学的发展，展，为核物理学和粒子物理学准核物理学和粒子物理学准备了理了理论基基础，对化学和生物学的化学和生物学的发展也起到了巨大的促展也起到了巨大的促进作用。作用。