能量量子化精華PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1 能量量子化精華能量量子化精華 19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了 很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面獲得巨大成就很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面獲得巨大成就 。在熱學(xué)方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、。在熱學(xué)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，建立了能推斷氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了能推斷 一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程。另外還找到一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程。另外還找到 了力、電、光、聲了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律：能量等都遵循的規(guī)律：能量 轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉 于這些成績和勝利

2、之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已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。經(jīng)發(fā)展到頭了。 材料鑒賞材料鑒賞: 第1頁/共25頁 1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上,著名物理學(xué)家開爾著名物理學(xué)家開爾 文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言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，科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成， 后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎 的修補(bǔ)工作就行了。的修補(bǔ)工作就行了?！?-開爾文開爾文- 也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩 科學(xué)家只要把做過的實(shí)驗(yàn)再精確一下，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)科學(xué)

3、家只要把做過的實(shí)驗(yàn)再精確一下，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 的小數(shù)點(diǎn)后面再加幾位罷了！的小數(shù)點(diǎn)后面再加幾位罷了！ 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：，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，人不安的烏云，-” 第2頁/共25頁 這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？ 黑體輻射實(shí)驗(yàn)黑體輻射實(shí)驗(yàn) 光的速度光的速度 后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革后來的事實(shí)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

4、著兩朵鮮命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮 花?；?。 第3頁/共25頁 普朗克量子力學(xué)的誕生普朗克量子力學(xué)的誕生相對論問世相對論問世 這兩朵烏云到底是什么回事呢？這兩朵烏云到底是什么回事呢？ 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué) 量子力學(xué)量子力學(xué) 相對論相對論 微觀領(lǐng)域微觀領(lǐng)域 高速領(lǐng)域高速領(lǐng)域 第4頁/共25頁 第一節(jié)：第一節(jié)： 第5頁/共25頁 思考與討論 1 1，在爐火旁邊有什么感覺？，在爐火旁邊有什么感覺？ 2 2，投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色，投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色 ？過一會兒又是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？ 800K 1000K 1200K 1400K 固體在溫度升高時(shí)顏色的變

5、化：固體在溫度升高時(shí)顏色的變化： 第6頁/共25頁 熱輻射現(xiàn)象：熱輻射現(xiàn)象：一切物體在任何溫度下都一切物體在任何溫度下都 在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度 有關(guān)，所以叫做熱輻射。有關(guān)，所以叫做熱輻射。 輻射規(guī)律：輻射規(guī)律： 1.輻射的電磁波中包含各種波長的電磁輻射的電磁波中包含各種波長的電磁 波，不同波長，輻射強(qiáng)度不同。波，不同波長，輻射強(qiáng)度不同。 2. 溫度升高，輻射強(qiáng)度增大，同時(shí)輻射溫度升高，輻射強(qiáng)度增大，同時(shí)輻射 電磁波的頻率和波長也在變化。電磁波的頻率和波長也在變化。 第7頁/共25頁 第8頁/共25頁 德國物理學(xué)家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。

6、德國物理學(xué)家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。 第9頁/共25頁 說明：說明： 黑體是個(gè)黑體是個(gè)理想化的模型理想化的模型。例：開孔的空腔，。例：開孔的空腔， 遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。 實(shí)驗(yàn)表明：對于一般材料的物體，輻射實(shí)驗(yàn)表明：對于一般材料的物體，輻射 電磁波的情況除與電磁波的情況除與溫度溫度有關(guān)外，還與有關(guān)外，還與材料的材料的 種類及表面狀況種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的有關(guān)，而黑體輻射電磁波的 規(guī)律只與黑體的溫度有關(guān)，因而可以反映某種規(guī)律只與黑體的溫度有關(guān)，因而可以反映某種 具有普通意義的客觀規(guī)律。于是，在研究具有普通意義的客觀規(guī)律。于是，在研究熱輻

7、熱輻 射射的規(guī)律時(shí)人們特別注意對的規(guī)律時(shí)人們特別注意對黑體輻射黑體輻射的研究的研究 。 第10頁/共25頁 0 1 2 3 4 5 6 (m) 1700K 1500K 1300K 1100K 輻射強(qiáng)度 二：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律二：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 隨著溫度的升高：隨著溫度的升高： 1，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加；，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加； 2，輻射強(qiáng)度的極大值輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)向波長較短的方向移動(dòng) 。 你能由圖找到黑體你能由圖找到黑體 輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律嗎輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律嗎 ？ 第11頁/共25頁 瑞利公式在長波部分與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。但在瑞利公式在長波部分與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。

8、但在 紫外區(qū)紫外區(qū)(波長范圍在紫外線附近波長范圍在紫外線附近)竟算得輻射強(qiáng)度竟算得輻射強(qiáng)度 為無窮大，這個(gè)荒謬的結(jié)論被認(rèn)為是物理學(xué)理論為無窮大，這個(gè)荒謬的結(jié)論被認(rèn)為是物理學(xué)理論 的災(zāi)難，當(dāng)時(shí)稱為的災(zāi)難，當(dāng)時(shí)稱為“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”。 瑞利理論值瑞利理論值 維恩理論值維恩理論值 0 (,)MT 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) T=1646k 維恩公式在維恩公式在 短波部分與短波部分與 實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻 合得很好，合得很好， 但長波卻不但長波卻不 行。行。 第12頁/共25頁 三、能量子三、能量子 超越牛頓的發(fā)超越牛頓的發(fā) 現(xiàn)現(xiàn) 微觀世界的某微觀世界的某 些規(guī)律，在我們些規(guī)律，在我們 宏觀世弄看來可宏觀世弄看來可

9、能非常奇怪。能非常奇怪。 第13頁/共25頁 普朗克能量子理論普朗克能量子理論 *微觀粒子的能量只能是某一最小能量值微觀粒子的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍的整數(shù)倍 ，E=n （n=1,2,），這個(gè)不可再分這個(gè)不可再分 的最小能量值的最小能量值叫能量子，簡稱量子。叫能量子，簡稱量子。n n為正整數(shù)，為正整數(shù)， 稱為量子數(shù)。稱為量子數(shù)。 * 帶電微粒吸收和輻射能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能帶電微粒吸收和輻射能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能 量值為單位一份一份地輻射和吸收的。量值為單位一份一份地輻射和吸收的。 h=6.626 10-34 J*S -普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) *能量子的能量：能量子的能量：=h （

10、是輻射吸收的電磁波的頻率） 第14頁/共25頁 (m)1 2 3 5 6 8 947 普朗克理論普朗克理論 實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值 ),( 0 Te 理論與實(shí)驗(yàn)符合的讓人擊掌叫絕理論與實(shí)驗(yàn)符合的讓人擊掌叫絕 1800K 第15頁/共25頁 第16頁/共25頁 問題與練習(xí)問題與練習(xí) 在一杯開水中放入一枝溫度計(jì)，在一杯開水中放入一枝溫度計(jì)， 開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度 是逐漸降低的，既然從微觀的角度來是逐漸降低的，既然從微觀的角度來 看能量是一份一份向外輻射的，為什看能量是一份一份向外輻射的，為什 么它的溫度不是一段一段地降低？么它的溫度不是一段一段地降低？ 第17頁/

11、共25頁 第18頁/共25頁 意義：意義： 普朗克拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化普朗克拋棄了經(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、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀 點(diǎn)，提出了點(diǎn)，提出了能量量子化、物體輻射或吸收能量能量量子化、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)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)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，為律的認(rèn)識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微

12、觀領(lǐng)域，為 量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。 第19頁/共25頁 第20頁/共25頁 第21頁/共25頁 第22頁/共25頁 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 1.請你填空請你填空:在做全國人口普查時(shí)我們關(guān)心的是在做全國人口普查時(shí)我們關(guān)心的是:現(xiàn)現(xiàn) 在全國有幾在全國有幾_人人, 班級小組長在數(shù)人數(shù)時(shí)常用班級小組長在數(shù)人數(shù)時(shí)常用:一一 _,兩兩_;等等. 3.光源發(fā)出的光能是一份一份的光源發(fā)出的光能是一份一份的,那么每份光能是怎那么每份光能是怎 樣傳到你的眼睛里呢樣傳到你的眼睛里呢?是均勻分布在兩只眼睛里？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還是每份只傳給一只眼睛上的某一處呢? 請你與同桌討論一下請你與同桌討論一下,說說你的猜想說說你的猜想. 2.燈向外輻射的能量是最小能量的整數(shù)倍燈向外輻射的能量是最小能量的整數(shù)倍.那么紅那么紅 光的最小能量比紫光的最小能