能量量子化（高中物理教學(xué)課件）完整版4

05.能量量子化圖片區(qū)1.熱輻射：一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射溫度低時：輻射的電磁波主要成份為波長較長的電磁波，不能引起視覺。溫度升高：波長較短的成分越來越強(qiáng)能引起視覺，溫度不斷越高，顏色也不斷變化。一.熱輻射問題：為什么白天透過窗戶看不開燈的房子里面是一片漆黑？答：除了熱輻射外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。常溫下我們看到的不發(fā)光物體的顏色就是反射光所致。房子里面一片漆黑是沒有反射光進(jìn)入我們眼睛。2.黑體：如果某種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，這種物體就叫黑體。房子是近似黑體，射入房子里面的光線在多次反射后，即使有光線射出也已經(jīng)很微弱了。所以看房子里面是一片漆黑。一.熱輻射3.黑體輻射：黑體雖然不反射電磁波，但是卻可以向外輻射電磁波。注意：①一般物體輻射與溫度、材料、表面狀況（形狀）有關(guān)②黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與它的溫度有關(guān)。所以，在研究熱輻射的規(guī)律時，人們特別注意對黑體輻射的研究，它可能反映了某種具有普遍意義的客觀規(guī)律。一.熱輻射4.黑體輻射規(guī)律：隨著溫度的升高：①各種波長的輻射強(qiáng)度都增加；②輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動。經(jīng)典的電磁理論無法解釋黑體輻射的實驗規(guī)律。

德國物理學(xué)家維恩在1896年，英國物理學(xué)家瑞利在1900年，分別提出了輻射強(qiáng)度按波長分布的理論公式。維恩公式在短波區(qū)與實驗非常接近，在長波區(qū)則與實驗偏離很大；瑞利公式在長波區(qū)與實驗基本一致，但在短波區(qū)與實驗嚴(yán)重不符，不但不符，而且當(dāng)波長趨于零時，輻射強(qiáng)度竟變成無窮大。由于波長很小的輻射處在紫外線波段，故而由理論得出的這種荒謬結(jié)果被認(rèn)為是物理學(xué)理論的災(zāi)難，當(dāng)時稱為“紫外災(zāi)難”。一.熱輻射在十九世紀(jì)末期，物理學(xué)經(jīng)過波瀾壯闊的大發(fā)展以經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電磁場理論和經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)為三大支柱的經(jīng)典物理大廈已經(jīng)建成，而且基礎(chǔ)牢固，宏偉壯觀！好像任何物理現(xiàn)象都能從現(xiàn)存的理論中獲得解釋，物理學(xué)家們甚至斷言物理學(xué)發(fā)展已經(jīng)盡善盡美，剩下的就是些邊邊角角的修理工作了。大科學(xué)家普朗克當(dāng)初在決定進(jìn)軍物理學(xué)界時被老師勸告“物理學(xué)已經(jīng)無所作為，往后無非在已知規(guī)律的小數(shù)點后面加上幾個數(shù)字而已。1900年初，在熱力學(xué)第一定律及熱力學(xué)第二定律的建立作出重大的貢獻(xiàn)的開爾文男爵，在皇家學(xué)會的新年致辭中，在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時，若有所思地講道：“動力理論肯定了熱和光是運動的兩種方式，現(xiàn)在，它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩了，第一朵烏云出現(xiàn)在光的波動理論上（以太理論），第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上（黑體輻射）?！蔽锢韺W(xué)界的大科學(xué)家們樂觀不已，仿佛自己已經(jīng)掌握了宇宙所有真理。一.熱輻射誰也沒有料到，開爾文男爵提到的這兩朵物理學(xué)天空中不起眼的兩朵烏云，卻在隨之而來的二十世紀(jì)將物理學(xué)界攪得天翻地覆：第一朵烏云：以太理論引出了一位神一樣的人——愛因斯坦和他的相對論；第二朵烏云：黑體輻射問題直接引發(fā)了一門新理論的誕生——量子力學(xué)一.熱輻射洛侖茲德拜朗繆爾皮卡爾德普朗克克努森居里夫人布拉格克萊默斯狄拉克愛因斯坦康普頓朗之萬德布羅意古伊玻恩威爾遜玻爾理查森布里淵福勒海森堡泡利頓德爾赫爾岑埃倫費斯特薛定諤維夏菲爾特亨利奧特1927年第五屆索爾維會議合照史上最牛合照，沒有之一一.熱輻射1.能量子假說：1900年底，普朗克提出振動著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如，可能是ε或2ε、3ε……這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子，它的大小為：

ε＝hν

ν是電磁波的頻率，h是一個常量，后人稱之為普朗克常量，其值為：h＝6.63×10-34J·s借助于能量子的假說，普朗克得出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好。二.能量子對于一位物理學(xué)家，還有什么能比自己的理論被實驗證實更為歡欣鼓舞嗎？然而，普朗克的情緒卻被某種思考破壞了。在很長的歷史時期內(nèi)，不僅是物理學(xué)界，就是整個科學(xué)和哲學(xué)界都認(rèn)為，一切自然過程都是連續(xù)的。數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家萊布尼茲曾經(jīng)說道：“自然界不會突變。如果要對此提出疑問，那么世界將會出現(xiàn)許多間隙，這就迫使我們?nèi)テ蚯笊耢`來解釋自然現(xiàn)象了。間斷性同科學(xué)格格不入?！闭沁@樣的信條使普朗克惶惑。他對兒子說，自己的發(fā)現(xiàn)“要么是荒誕無稽的，要么也許是牛頓以來物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。”物理學(xué)后來的發(fā)展表明，普朗克在1900年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，成為新物理學(xué)思想的基石之一。因此，這不僅是日歷上一個新世紀(jì)的開始，而且是物理學(xué)的一個新紀(jì)元。18年之后，普朗克為此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。能量子觀點的提出標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)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)。二.能量子宏觀物體的能量是連續(xù)的，微觀粒子的能量是量子化的（分立的，一份一份的）2.光子說：愛因斯坦認(rèn)為光是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，h為普朗克常量。這些能量子后來被叫作光子。受因斯坦因解釋“光電效應(yīng)”獲得諾貝爾物理學(xué)獎。二.能量子1.能級：微觀世界中能量取分立值的觀念也適用于原子系統(tǒng)，原子的能量是量子化的。這些量子化的能量值叫作能級。2.原子發(fā)光：通常情況下，原子處于能量最低的狀態(tài)是最穩(wěn)定的。處于較高的能量狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地向能量較低的能級躍遷，放出光子。原子從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷時放出的光子的能量，等于前后兩個能級之差，即：3.原子光譜是分立的：由于原子的能級是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的發(fā)射光譜只有一些分立的亮線三.能級20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)建立了，它能夠很好地描述微觀粒子運動的規(guī)律，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用。核能的利用，計算機(jī)和智能的制造，激光技術(shù)的應(yīng)用都離不開量子力學(xué)。是量子力學(xué)引領(lǐng)我們邁入了現(xiàn)代社會，讓我們享受到豐富多彩的現(xiàn)代生活。四.量子力學(xué)的建立例1.對應(yīng)于7.4×10-19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？答：1.12×1015Hz，2.69×10-7m例2.氦氖激光器發(fā)射波長為632.8nm的單色光，這種光的一個光子的能量為多少？若該激光器的發(fā)光功率為18mW，則每秒發(fā)射多少個光子？答：5.73×1016個例3.晴朗的夜空繁星閃爍，有的恒星顏色偏紅，有的恒星顏色偏藍(lán)。對于“紅星”和“藍(lán)星”，你能判斷出哪種恒星的表面溫度更高么？說出你的道理。答：溫度越高，頻率越大，所以藍(lán)色恒星溫度更高。例4.如圖所示是黑體的輻射強(qiáng)度與其輻射光波長的關(guān)系圖象，則下列錯誤的是（