量子概念的誕生課件

1、第四章 波粒二象性,1、量子概念的誕生,1,量子概念的誕生,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，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?！?-開爾文,一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)， 另一朵與黑體輻射有關(guān),2,量子概念的誕生,3,量子概念的誕生,1. 概念：我們周圍的一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射,固體在溫度升高時(shí)顏色的變化,一、熱輻射現(xiàn)象,2. 特征：輻射強(qiáng)度及波長的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加,3. 熱輻射的主要成分：底溫時(shí)，波長較長的電磁波；高溫時(shí)，波長較短的電磁波,低

2、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,4,量子概念的誕生,物體除了輻射電磁波外，還會(huì)吸收、反射外界射來的電磁波,5,量子概念的誕生,隨物而異,隨物而異,隨物而異,熱輻射的輻射強(qiáng)度與溫度、物體種類及其表面情況有關(guān)，太復(fù)雜了！ 怎么去研究熱輻射的客觀規(guī)律呢,6,量子概念的誕生,黑體：如果一個(gè)物體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波，而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對黑體，簡稱黑體,黑體模型,二、黑體與黑體輻射,注意：（1）黑體是個(gè)理想化的模型,2）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),7,量子概念的誕生,哪里是

3、黑體？哪里是黑體輻射,用心觀察圖中居民樓，如果從遠(yuǎn)處看窗子，有的較亮些，有的較暗些，為什么,即時(shí)討論2,8,量子概念的誕生,1、實(shí)驗(yàn)原理及裝置圖：加熱空腔使其溫度升高，小孔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,三、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,9,量子概念的誕生,特點(diǎn)：隨溫度的升高 各種波長的輻射強(qiáng)度都在增加； 絕對黑體的溫度升高時(shí)，輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動(dòng),2、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,10,量子概念的誕生,3. 經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難,1) 維恩的半經(jīng)驗(yàn)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,11,量子概念的誕生,普朗克能量子假說 1. 輻

4、射物體中包含大量振動(dòng)著的帶電 微粒，它們的能量是某一最小能量 的整數(shù)倍：E = n n = 1，2， 2. 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； 3. 諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量； 4. 對于頻率為 的諧振子，最小能量為,h = 6.62610 34 Js 普朗克常量,四、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn),12,量子概念的誕生,黑體輻射公式 1900 年 10 月19 日，普朗克在 德國物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體 輻射公式,M.Planck 德國人 18581947,五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射,13,量子概念的誕生,五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻

5、射,14,量子概念的誕生,普朗克,能量量子化 物理學(xué)的新紀(jì)元,牛頓以來物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一,跨出了真正說明物質(zhì)世界量子性的第一步,愛因斯坦,15,量子概念的誕生,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(diǎn)，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(diǎn)。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(shí)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)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),死后他的墓碑上只刻著他的姓名和 h = 6.62610 34 Js,16,量子概念的誕生,1 下

6、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,17,量子概念的誕生,2.關(guān)于對黑體的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是() A黑體只吸收電磁波，不反射電磁波，看上去是黑的 B黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān) C黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān)，與材料的種類及表面狀況無關(guān) D如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收，最終不能從小孔射出，這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體,C,18,量子概念的誕生,A,3.紅、橙、黃、綠四種單色光中,光子能量最小的是() A.紅光B.橙光 C.黃光D.綠光,19,量子概念的誕生,4.小燈泡的功率P1 W，設(shè)其發(fā)出的光向四周均勻輻射，平均波長106m，求小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù)是多少？ (h6.631034 Js) 解析每秒鐘小燈泡發(fā)出的能量為EPt1 J 1個(gè)光子的能量,小燈泡每秒鐘輻射的光子數(shù),20,量子概念的誕生,1. 熱輻射現(xiàn)象,2. 黑體與黑體輻射 黑體：吸收而不反射電磁波,3. 黑體輻射