17.1 能量量子化 课件 -2021-2022学年高二下学期物理人教版选修3-5

17.1 能量量子化 1 19 世纪末，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，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，建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程。另外还找到了力、电、光、声 ── 等都遵循的规律 ──能量转化与守恒定律。 一、物理学天空中的两朵乌云 牛顿 麦克斯韦 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: 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 T=t+273.15 但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……” 一、物理学天空中的两朵乌云 后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命性的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。 黑体辐射实验 迈克尔逊-莫雷实验 量子力学的诞生 相对论问世 一、物理学天空中的两朵乌云 然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)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，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。 量子力学 相对论 微观领域 高速领域 经典力学 一、物理学天空中的两朵乌云 1.在火炉旁边有什么感觉？ 2.投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会有是什么颜色? 思考 1、热辐射： 一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关。 物体在室温时，热辐射的主要成分是波长较长的电磁波，不能引起人的视觉。当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强。 电磁波波速、波长、频率的关系 二、热辐射 例如给一个铁块不断加热，铁块依次呈现暗红、赤红、橘红等颜色，直至成为黄白色。 2、热辐射的特性：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 二、热辐射 1400 K 1200 K 固体在温度升高时颜色的变化 800 K 1000 K 不发光→ 暗红→ 赤红→ 橘红→ 黄白色 3、除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。常温下我们看到的物体的颜色就是反射光所致。一些物体在光线照射下看起来比较黑，那是因为它吸收电磁波的能力较强，而反射电磁波的能力较弱。 思考：在研究物体热辐射时，如何排除物体反射其他物体热辐射的影响呢？ 二、热辐射 一座建设中的楼房还没有安窗子，尽管室内已经粉刷，知果从远处观察，把窗内的亮度与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么?为什么? 我们看教室里看起来很暗，实际上里面是明亮的。因为它反射的光进不到我们的眼睛，相当于被教室“消化”了。 思考 1、黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体称为绝对黑体。简称黑体 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。 黑体模型 三、黑体与黑体辐射 ①黑体是个理想化的模型。 例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 ②对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 ③一般物体的辐射与温度、材料的种类及表面状况有关，但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。因而反映了某种具有普遍意义的客观规律。 几点说明： 三、黑体与黑体辐射 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。 平行光管 三棱镜 T T 空 腔 测量黑体辐射的实验原理图 1、测量黑体辐射的实验原理图 四、黑体辐射的实验规律 13 黑体辐射的特点: ①随温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加； ②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 实验结果 2、辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。 四、黑体辐射的实验规律 3、经典物理学所遇到的困难──解释实验曲线 1) 维恩的公式： 短波符合，长波不符合 2) 瑞利 ─ 金斯公式： 长波符合，短波荒唐 ── 紫外灾难 四、黑体辐射的实验规律 利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念. 15 普朗克能量子假说---1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。例如，可能是ε或2ε, 3ε, ...当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份的辐射或吸收的。 这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。 对于频率为ν 的电磁波最小能量为 h = 6.62610 ─34 J·s — 普朗克常量 五、能量子 超越牛顿的发现 M.Planck 德国人 1858－1947 16 维恩线 紫 外 灾 难 0 实验值 （μm） 1