2018-2019學(xué)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(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)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(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。,1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上,著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:,“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成， 后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！? --開爾文--,也就是說：物

2、理學(xué)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(diǎn)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(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：,“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)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(guān)， 另一朵與邁克爾遜實驗有關(guān)。,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(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)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(guān)。,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(diǎn),1、 熱輻射,由于分子熱運(yùn)動導(dǎo)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(guān)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(rèn)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(guān) 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(chǔ)。,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(yuǎn)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(gòu)成黑體的材料 形狀無關(guān),實驗裝置,,,,,,,,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,,,,T,平行光管,,,,,,,,,,,三棱鏡,,,T,,,,實驗結(jié)果,黑體輻射實驗是物理學(xué)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(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)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(xué)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(fù)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(xué)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(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學(xué)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(fù)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(rèn)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(yīng)的效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進(jìn)行解釋會出現(xiàn)什么結(jié)果？,