《能量量子化》PPT課件.ppt

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,材料鑒賞：19世紀(jì)末，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，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),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？,黑體輻射實驗,邁克爾遜-莫雷實驗,后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。,普朗克量子力學(xué)的誕生,相對論問世,這兩朵烏云到底是什么回事呢？,量子力學(xué),相對論,微觀領(lǐng)域,高速領(lǐng)域,,,,,經(jīng)典力學(xué),思考與討論1:在火爐旁邊有什么感覺?投在爐中的鐵塊開始是什么顏色？過一會有是什么顏色？,一、熱輻射現(xiàn)象,固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、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,無論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，所輻射的能量及波長的分布都隨溫度而變化。,例如，鐵塊隨著溫度升高：現(xiàn)象：回憶：可見光中各色光的波長頻率大小關(guān)系？你了解多少不可見光的知識？表明：①輻射強(qiáng)度及波長的分布隨溫度變化；②隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加。,不發(fā)光→,暗紅→,赤紅→,橘紅→,黃白色,注意：激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射熱平衡狀態(tài)：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。,思考與討論2：一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看窗內(nèi)，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？,二、黑體與黑體輻射物體表面能夠吸收和反射外界射來的電磁波。如果一個物體在任何溫度下，對任何波長的電磁波都完全吸收，而不反射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。,不透明材料制成的帶小孔的空腔。,說明：①黑體是個理想化的模型。例：開孔的空腔，遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。②對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。③一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。,三、黑體輻射的實驗規(guī)律研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。1、測量黑體輻射的實驗原理圖：加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。,。,2、輻射強(qiáng)度：單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度。,發(fā)現(xiàn)：隨溫度的升高①各種波長的輻射強(qiáng)度都在增加；②絕對黑體的溫度升高時，輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動,輻射強(qiáng)度,3、經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難——解釋實驗曲線一朵令人不安的烏云,1）維恩的半經(jīng)驗公式：短波符合；長波不符合2）瑞利----金斯公式：長波符合；短波荒唐----紫外災(zāi)難,經(jīng)典物理學(xué)的局限性,?普朗克能量子假說?輻射物體中包含大量振動著的帶電微粒，它們的能量是某一最小能量的整數(shù)倍E=nεn=1,2,…?ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化?諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量?對于頻率為?的諧振子，最小能量為：ε=h?,h=6.626?10-34Js——普朗克常量,四、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn),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ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：1ε，2ε，3ε，...nε。n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。,能量,意義：（閱讀書本p29）Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。,黑體輻射公式：1900年10月19日，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1858－1947,,【例1】下列敘述正確的是（）A．一切物體都在輻射電磁波B．一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與黑體溫度有關(guān)D．黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波,ACD,【例2】煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理?[答案]根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強(qiáng)，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、綠、藍(lán)、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度,【例3】對應(yīng)于3.4l0-l9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？它是什么顏色？,[解析]根據(jù)公式ε=hν和ν=c/λ得ν=ε/h=5.131014Hzλ=c/ν=5.8510-7m5.1310-14Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為5.85l0—7m。,問題:既然燈向外輻射的光能是分立的，一份份的。為何我們看不到燈的亮度發(fā)生變化？,結(jié)論：1、在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運動時我們可以認(rèn)為：物體的運動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化2、在研究微觀粒子時必需考慮能量量子化,問題與結(jié)論,普朗克理論:能量在發(fā)射和吸收的時候，不是連續(xù)不斷，而是分成一份一份的。能量是h?的整數(shù)倍。,每份能量為:E=hν,