能量量子化.ppt

無錫市第一中學(xué) 1900年 在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)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 也就是說 物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了 后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做 在實(shí)驗(yàn)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(shí)和有眼力的科學(xué)家 就在上面提到的文章中他還講到 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(shí)驗(yàn)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(duì)論 經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖 物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)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 現(xiàn)象通恒定電流 功率為3W的燈在正常發(fā)光 問題該光的波長(zhǎng)約為多少納米 把它視為點(diǎn)光源 你能估算出一秒內(nèi)進(jìn)入你眼睛的光能嗎 說說你的方法 根據(jù)你的經(jīng)驗(yàn)燈的亮度會(huì)變化嗎 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回顧 但是 有人卻認(rèn)為燈的發(fā)光應(yīng)該是 一閃一閃的 固體或液體 在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)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(shí)顏色的變化 1 熱輻射現(xiàn)象 黑體與黑體輻射 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 黑體輻射 一 1 熱輻射 一般物體輻射能量與T 有關(guān) 還與材料 表面積有關(guān) 能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體 3 黑體輻射 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 溫度越高 輻射能越大 2 黑體 實(shí)驗(yàn) 加熱鐵 2 與最大輻射能對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng) 能全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射能而不發(fā)生反射 折射和透射的物體稱為絕對(duì)黑體 簡(jiǎn)稱黑體 2 黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律 不透明的材料制成帶小孔的的空腔 可近似看作黑體 黑體模型 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) 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(shí)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) 兩種理論 維恩公式 短波適合 長(zhǎng)波不符合 瑞利公式 長(zhǎng)波適合 短波荒唐 紫外災(zāi)難 普朗克理論 在發(fā)射和吸收能量的時(shí)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 黑體輻射 二 黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云 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(yùn)動(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為 物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)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 h 看下列一組照片能否給你一點(diǎn)啟發(fā) 1900年12月14日 普朗克在柏林宣讀了他關(guān)于黑體輻射的論文 宣告了量子的誕生 那一年他42歲 普朗克把能量子引入物理學(xué) 正確地破除了 能量連續(xù)變化 的傳統(tǒng)觀念 成為現(xiàn)代物理學(xué)思想的基石之一 為我們打開了量子之門 就在1900年 一個(gè)名叫愛因斯坦 AlbertEinstein 的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué) ETH 畢業(yè) 正在為將來的生活發(fā)愁 5年后他受量子化啟發(fā)提出了光量子 成功的解釋了光電效應(yīng) 能量量子化 物理學(xué)的新紀(jì)元 就在那一年 在丹麥 15歲的玻爾 NielsBohr 正在哥本哈根的中學(xué)里讀書 玻爾有著好動(dòng)的性格 學(xué)習(xí)方面 他在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面顯示出了非凡的天才 但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文卻是全校有名 13年后他提出了原子軌道量子化 德布羅意 LouisdeBroglie 當(dāng)時(shí)8歲 還正在家里接受良好的幼年教育 后來他提出了物質(zhì)波 再過12個(gè)月 維爾茲堡 Wurzberg 的一位著名希臘文學(xué)教授就要喜滋滋地看著他的寶貝兒子小海森堡 WernerKarlHeisenberg 呱呱墜地 以上人物都將在我們的課文中出現(xiàn) 請(qǐng)同學(xué)們記住他們的名字 能量量子化 物理學(xué)的新紀(jì)元 課堂練習(xí) 3 在白天 對(duì)面樓房的窗戶看上去是黑色的 而外墻面是亮的 為什么 1 請(qǐng)你填空 在做全國(guó)人口普查時(shí)我們關(guān)心的是 現(xiàn)在全國(guó)有幾 人 班級(jí)小組長(zhǎng)在數(shù)人數(shù)時(shí)常用 一 兩 等 4 光源發(fā)出的光能是一份一份的 那么每份光能是怎樣傳到你的眼睛里呢 是均勻分布在兩只眼睛里 還是每份只傳給一只眼睛上的某一處呢 請(qǐng)你與同桌討論一下 說說你的猜想 2 燈向外輻射的能量是最小