2018-2019學年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.1 能量量子化課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、第十七章 波粒二象性 第1節(jié) 能量量子化,,19世紀末頁,牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功:在機械運動方面不用說,在分子物理方面,成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學方面,建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。,1900年,在英國皇家學會的新年慶祝會上,著名物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發(fā)言:,“科學的大廈已經(jīng)基本完成, 后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了?!? --開爾文--,也就是說:物

2、理學已經(jīng)沒有什么新東西了,后一輩只要把做過的實驗再做一做,在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了!,但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家,就在上面提到的文章中他還講到:,“但是,在物理學晴朗天空的遠處,還有兩朵令人不安的烏云,----”,這兩朵烏云是指什么呢?,一朵與黑體輻射有關, 另一朵與邁克爾遜實驗有關。,然而, 事隔不到一年(1900年底),就從第一朵烏云中降生了量子論,緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學的大廈被徹底動搖,物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路, 柳暗花明又一村,,固體或液體,在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波,這種由于物體中

3、的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。,固體在溫度升高時顏色的變化,一、黑體與黑體輻射,1、熱輻射現(xiàn)象,一、 熱輻射及其特點,1、 熱輻射,由于分子熱運動導致物體輻射電磁波 溫度不同時 輻射的波長分布不同,例如:鐵塊 溫度 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色,這種與溫度有關的輻射 稱為熱輻射 熱輻射 --- 熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程,2、對熱輻射的初步認識,任何物體任何溫度均存在熱輻射,溫度 發(fā)射的能量,電磁波的短波成分,如一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈,昏黃色,明亮 刺眼,直覺: 低溫物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見光 高溫物體發(fā)出的

4、是紫外光 注意: 熱輻射與溫度有關 激光 日光燈發(fā)光不是熱輻射,3、平衡熱輻射 加熱一物體 物體的溫度恒定時,物體所吸收的能量等于在同一 時間內(nèi)輻射的能量,這時得到的輻射稱為平衡熱輻射,,1、定義:能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射,折射和透射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體,不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。,研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎。,二、黑體輻射實驗規(guī)律,2、黑體模型,,,,,,,,空腔上的小孔 煉鋼爐上的小洞,向遠處觀察打開的窗子近似黑體,平衡態(tài)時 黑體輻射只依賴于物體的溫度,與構成黑體的材料 形狀無關,實驗裝置,,,,,,,,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,,,,T,平行光管,,,,,,,,,,,三棱鏡,,,T,,,,實驗結果,黑體輻射實驗是物理學晴朗天空中 一朵令人不安的烏云。,3、能量子假說:輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子,這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài),在這些狀態(tài)中,諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量(稱為能量子)的整數(shù)倍,即:, 1, 2, 3, ... n. n為正整數(shù),稱為量子數(shù)。,對于頻率為的諧振子最小能量為,,能量,量子,經(jīng)典,,,(m),,,,,,,,,,,1 2 3 5 6 8 9,4,7,,,,,,,,,,,,,,,,

6、,,,,,,,,,,,普朗克,實驗值,,三、普朗克的能量子假說和黑體輻射公式,1、黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式,M.Planck 德國人 18581947,,2、普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安,只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后,他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。 1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。 他的墓碑上只刻著他的姓名和,黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前,紫外災難的疑點找到了,為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰,但真理與謬誤之爭就此平息了嗎?,3、物理難題:1888年,霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后,1897年,J.Thomson發(fā)現(xiàn)了電子 ,此時,人們認識到那就是從金屬表面射出的電子,后來,這些電子被稱作光電子(photoelectron),相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論(光的波動性、電磁理論)進行解釋會出現(xiàn)什么結果?,

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