选修3-5能量量子化.ppt
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材料鉴赏：
材料鉴赏：
1919世纪末，牛顿定律在各个领域里都取世纪末，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、气分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。
体的内能。
在电磁学方面，建立了一个能推断一切电在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的磁现象的MaxwellMaxwell方程方程。
另外还找到了力、电、光、声另外还找到了力、电、光、声-等都遵等都遵循的规律循的规律-能量转化与守恒定律能量转化与守恒定律。
当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜当时许多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。
利之中。
他们认为物理学已经发展到头了。
1900年，在英国皇家学会的年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家新年庆祝会上，物理学家开尔文开尔文勋爵作了展望新世纪的发言勋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后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。
的修补工作就行了。
”（开尔文开尔文）但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的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：
科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：
“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵两朵令人不安的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？
黑体辐射实验黑体辐射实验与光的速与光的速度有关度有关后来的事实证明，正是这两朵乌云发展后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜花。
雨，浇灌着两朵鲜花。
普朗克量子力学的诞生普朗克量子力学的诞生相对论问世相对论问世这两朵乌云到底是什么回事呢？
这两朵乌云到底是什么回事呢？
量子力学量子力学相对论相对论微观领域微观领域高速领域高速领域经典经典力学力学思考与讨论思考与讨论1:
1:
在火炉旁边有什么感觉在火炉旁边有什么感觉?
投在炉中的铁块开始是什么颜色？
过一会投在炉中的铁块开始是什么颜色？
过一会有是什么颜色？
有是什么颜色？
固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而而发射电磁波发射电磁波的现象称为的现象称为热辐射热辐射。
所辐射电磁波的。
所辐射电磁波的特征与特征与温度有关温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化14001400KK800800KK10001000KK12001200KK例如：
铁块例如：
铁块温度温度从看不出发光到从看不出发光到暗红暗红到到橙色橙色到到黄白色黄白色一、热辐射现象一、热辐射现象无论是高温物体还是低温物体，都有热无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度而变化。
而变化。
例如，铁块随着温度例如，铁块随着温度升高：
升高：
现象：
现象：
表明：
表明：
辐射强度及波长的分布随温度变化；辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度升高，随着温度升高，电磁波的短波成分电磁波的短波成分增加。
增加。
不发光不发光暗红暗红赤红赤红橘红橘红黄白色黄白色低温物体发出的是低温物体发出的是红外光，红外光，炽热物体发出炽热物体发出的是的是可见光，可见光，高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光。
紫外光。
热辐射波谱是热辐射波谱是连续谱，连续谱，各种波长各种波长（频率频率）都有，但是强度不同。
都有，但是强度不同。
思考与讨论思考与讨论22：
一座建设中的楼房一座建设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么如果从远处看窗内，你会发现什么？
为什么？
为什么？
二、黑体与黑体辐射二、黑体与黑体辐射物体表面能够吸收和反射外物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。
界射来的电磁波。
如果一个物体在任何温度下，如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体而不反射与透射，则称这种物体为为绝对黑体绝对黑体，简称，简称黑体黑体。
不透明材料制成的不透明材料制成的不透明材料制成的不透明材料制成的带小孔的空腔。
带小孔的空腔。
带小孔的空腔。
带小孔的空腔。
说明：
说明：
黑体是个理想化的模型。
黑体是个理想化的模型。
例：
例：
开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。
黑体。
对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。
同的。
一般物体的辐射一般物体的辐射与温度、材料、表面状况与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布布只与黑体的温度有关只与黑体的温度有关。
三、黑体辐射的实验规律三、黑体辐射的实验规律研究黑体辐射的规律是了解一般物体热研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
辐射性质的基础。
1、测量黑体辐射的实验原理图、测量黑体辐射的实验原理图：
加热空腔使其温度升高，空腔就成了不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同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。
体辐射。
2、辐射强度：
、辐射强度：
单位时间内从物体单位面积上所发射的各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。
种波长的总辐射能，称为辐射强度。
发现：
发现：
随温度的升高随温度的升高各种波长的辐射强各种波长的辐射强度都在增加；度都在增加；绝对黑体的温度升绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最高时，辐射强度的最大值向短波方向移动大值向短波方向移动辐射强度辐射强度辐射强度辐射强度维恩线维恩线维恩线维恩线瑞利瑞利瑞利瑞利-金斯线金斯线金斯线金斯线紫紫紫紫外外外外灾灾灾灾难难难难oo实验值实验值实验值实验值/mm11223344556677883、经典物理学所遇到的困难、经典物理学所遇到的困难解释实验曲线解释实验曲线一朵令人不安的乌云一朵令人不安的乌云一朵令人不安的乌云一朵令人不安的乌云11）维恩的半经验公式：
）维恩的半经验公式：
）维恩的半经验公式：
）维恩的半经验公式：
短波符合；长波不符合短波符合；长波不符合短波符合；长波不符合短波符合；长波不符合22）瑞利）瑞利）瑞利）瑞利-金斯公式：
金斯公式：
金斯公式：
金斯公式：
长波符合；短波荒唐长波符合；短波荒唐长波符合；短波荒唐长波符合；短波荒唐-紫外灾难紫外灾难紫外灾难紫外灾难普朗克能量子假说普朗克能量子假说辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍量是某一最小能量的整数倍量是某一最小能量的整数倍量是某一最小能量的整数倍E=E=nnnn=1,2,=1,2,叫能量子，简称量子，叫能量子，简称量子，叫能量子，简称量子，叫能量子，简称量子，nn为量子数，它只取正整数为量子数，它只取正整数为量子数，它只取正整数为量子数，它只取正整数能量量子化能量量子化能量量子化能量量子化微观粒子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能微观粒子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能微观粒子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能微观粒子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量量量量不可再分的不可再分的最小能量为：
最小能量为：
=hh=6.62610-34Js普朗克常量普朗克常量四、能量子：
超越牛顿的发现四、能量子：
超越牛顿的发现辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。
但是这些这些谐振子可以发射和吸收辐射能。
但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。
相应的能量是某一最小能量可具有任意值。
相应的能量是某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：
（称为能量子）的整数倍，即：
1，2，3，.n。
n为正整数，称为为正整数，称为量子数。
量子数。
能量能量量子量子量子量子经典经典经典经典普朗克后来又为这种与经典物普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念理格格不入的观念深感不安深感不安，只是，只是在经过十多年的努力证明任何复归在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信之后，他才坚定地相信h的引入确的引入确实反映了新理论的本质。
实反映了新理论的本质。
1918年他荣获诺贝尔物年他荣获诺贝尔物理学奖理学奖。
他的墓碑上只刻着他的他的墓碑上只刻着他的姓名和姓名和M.Planck德德国人国人18581947意义意义：
（阅读书本：
（阅读书本p29）普普朗朗克克抛抛弃弃了了经经典典物物理理中中的的能能量量可可连连续续变变化化、物物体体辐辐射射或或吸吸收收的的能能量量可可以以为为任任意意值值的的旧旧观观点点，提提出出了了能能量量子子、物物体体辐辐射射或或吸吸收收能能量量只只能能一一份份一一份份地地按按不不连连续续的的方方式式进进行行的的新新观观点点。
这这不不仅仅成成功功地地解解决决了了热热辐辐射射中中的的难难题题，而而且且开开创创物物理理学学研研究究新新局局面面，标标志志着着人人类类对对自自然然规规律律的的认认识识已已经经从从从从宏宏观观领领域域进进入入微微观观领领域域，为为量量子子力力学学的诞生奠定了基础。
的诞生奠定了基础。
【例例1】下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（）A一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关与黑体温度有关D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波磁波ACD【例例2】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?
答案答案根据热辐射的规律可知，当物体的温度根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。
因此可根据炉内光蓝、紫等光的成分就增多。
因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度的颜色大致估计炉内的温度【例例3】对应于对应于3.4l0-l9J的能量子，其电磁辐的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？
它是什么颜色？
射的频率和波长各是多少？
它是什么颜色？
解析解析根据公式根据公式=h和和=c/得得=/h=5.131014Hz=c/=5.8510-7Hz5.1310-14Hz的频率属于黄光的频率范围，的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为它是黄光，其波长为5.85l07m。
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