能量量子化課件

第十七章波粒二象性第1節(jié)能量量子化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？加熱鐵21.概念：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1400K800K1000K1200K

例如：鐵塊溫度

從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色。2.原因：大量帶電粒子的無規(guī)則熱運動引起的。物體中每個分子、原子或離子都在各自平衡位置附近以各種不同頻率做無規(guī)則的微振動，每個帶電微粒的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場，從而向外輻射各種波長的電磁波，形成連續(xù)的電磁波譜。33.特點：輻射強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。注意：

激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射。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。4.熱輻射的主要成分：室溫時，波長較長的電磁波；高溫時，波長較短的電磁波。5.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。向外發(fā)射的電磁波能量

=從外界吸收的能量4一座建設(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？向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑色5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，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。黑體模型不透明材料制成的帶小孔的空腔空腔上的小孔二、黑體與黑體輻射61.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度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。71.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。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)三、黑體輻射的實驗規(guī)律平行光管三棱鏡TT空腔8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，稱為輻射強度。特點：隨溫度的升高①各種波長的輻射強度都在增加；②絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。2.輻射強度93.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)難維恩線紫外災(zāi)難0實驗值/μm12345678瑞利─金斯線10普朗克能量子假說1.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=nε

n=1，2，…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；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

ν

的諧振子，最小能量為：ε

=hν

h=6.62610─34J·s—普朗克常量能量量子經(jīng)典四、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)11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1858－1947五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射h=6.62610─34J·s12維恩線紫外災(zāi)難0實驗值λ/μm12345678瑞利─金斯線普朗克h=6.62610─34J·s五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射13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14Planck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)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。死后他的墓碑上只刻著他的姓名和

h=6.62610─34J·s

151.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ACD162.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?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，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。173.對應(yīng)于3.4×l0─19J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：根據(jù)公式ε=hν和ν=c/λ得

ν

=

ε/h=

5.13×1014

Hz

λ

=c/ν

=