17.1能量量子化(精华版)课件

理论与实验符合的让人击掌叫绝
e0 ( , T )
实验值
普朗克理论
1800K
1
2
3 4
5
67
8λ9 (μ m)
能量量子化：



宏观世界中：能量可以是任意值，可以连续变化。 例如：物体的重力势能，弹簧振子的弹性势能。 微观世界中：微观粒子的能量只能是一个一个的 特定值，不能连续变化。（能量量子化），例如： 物体的带电量，电子绕原子核运动的轨道半径。 量子化：只能取一系列分立值，不能连续变化
二：黑体辐射的实验规律
辐射强度
随着温度的升高：
1，各种波长的辐射强度都有增加； 2，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
你能由图找到黑体 辐射的实验规律吗？
0
1
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6
λ
(μm)
M 0 (, T )
维恩公式在 短波部分与 实验结果吻 合得很好， 但长波却不 行。
实验 瑞利理论值
维恩理论值
T=1646k

瑞利公式在长波部分与实验结果比较吻合。但在 紫外区(波长范围在紫外线附近)竟算得辐射强度 为无穷大，这个荒谬的结论被认为是物理学理论 的灾难，当时称为“紫外灾难”。
三、能量子 超越牛顿的发现
微观世界的某 些规律，在我们 宏观世弄看来可 能非常奇怪。
普朗克能量子理论
*微观粒子的能量只能是某一最小能量值 的整数倍，

你能举出生活中“量子化”例子吗？

普朗克的量子化理论改变了人们对世界的根本认识。1900年不仅成为新世纪 的开始，也成为物理学的一个新纪元。18年后，普朗克为此获得了诺贝尔物 理学奖。
问题与练习
在一杯开水中放入一枝温度计， 开水静置室内，可以看到开水的温度 是逐渐降低的，既然从微观的角度来 看能量是一份一份向外辐射的，为什 么它的温度不是一段一段地降低？
一，黑体及黑体辐射
理想的热辐射体是“绝对黑体”，简称“黑 体”。它在任何温度下都能全部吸收入射的各 种波长的电磁波而不发生反射。
在空腔壁上开 一个很小的孔，射入 小孔的电磁波在空腔 中会发生多次反射和 吸收，最终不能从空 腔射出。这个小孔就 可以看成一个绝对黑 体。 德国物理学家基尔霍夫首先提出了绝对黑体的模型。
说明：
①黑体是个理想化的模型。例：开孔的空腔， 远处的窗口等可近似看作黑体。 ②实验表明：对于一般材料的物体，辐射 电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的 种类及表面状况有关，而黑体辐射电磁波的 规律只与黑体的温度有关，因而可以反映某种 具有普通意义的客观规律。于是，在研究热辐 射的规律时．人们特别注意对黑体辐射的研究。
ε
E=nε （n=1,2,…），这个不可再分的最
小能量值ε叫能量子，简称量子。n为正整数，称为 量子数。 * 带电微粒吸收和辐射能量时，也是以这个最小能 量值为单位一份一份地辐射和吸收的。 *能量子的能量：ε=h （ 是辐射吸收的电磁波的频率） h=6.62610-34 J*S ----普朗克常数
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成， 后辈的物理学家只要做一些零碎 的修补工作就行了。”
--开尔文-也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈 科学家只要把做过的实验再精确一下，在实验数据 的小数点后面再加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家， 就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令 人不安的乌云，----”
问题：如何研究物体的热辐射规律？


注意：除了热辐射外，物体表面还会吸收和反射外 界射来的电磁波， 例如：常温下我们看到的物体颜色就是物体反射了 该频率的电磁波，吸收了其他频率的电磁波。一些 物体看起来很黑，其实是它吸收应如何避
免反射电磁波的影响？
无锡市第一中学
材料鉴赏:
19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了 很大的成功：在机械运动方面获得巨大成就。 在热学方面，成功地解释了温度、压强、气 体的内能。在电磁学方面，建立了能推断一 切电磁现象的麦克斯韦方程。另外还找到了 力、电、光、声----等都遵循的规律：能量转 化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于 这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经 发展到头了。
这两朵乌云是指什么呢？
黑体辐射实验 迈克尔逊—莫 雷实验
后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革 命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，浇灌着两朵鲜 花。
相对论问世
普朗克量子力学的诞生
这两朵乌云到底是什么回事呢？
高速领域 相对论 量子力学
经典力学
微观领域
第一节：
思考与讨论 1，在炉火旁边有什么感觉？ 2，投在炉中的铁块一开始是什么颜色？ 过一会儿又是什么颜色？
扩展阅读:变革的困难


1900年12月14日普朗克在德国物理学会上报告了自 己的研究结果，他的公式受到欢迎，但他的能量子 假说，却受到冷遇，当时没有人相信他的假说。 能量的变化竟然是不连续的，这与物理学界几百年 来信奉的“自然界无跳跃”的原则直接矛盾，因此 量子论出现之后，许多物理学家不予接受,物理学界 最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克那个 同实验一致的经验性的辐射公式，而不承认他的理 论性的量子假说。
固体在温度升高时颜色的变化：
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热辐射现象：一切物体在任何温度下都 在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度 有关，所以叫做热辐射。
辐射规律： 1.辐射的电磁波中包含各种波长的电磁波， 不同波长，辐射强度不同。 2. 温度升高，辐射强度增大，同时辐射 电磁波的频率和波长也在变化。
结论：

1.在宏观尺度内研究物体的能量变化时我们可 以认为：物体的运动是连续的,能量变化是连 续的,不必考虑量子化。（因为每个能量子的能量
很小，宏观物体的能量不连续变化非常不明显，可 以忽略不计。）

2.在研究微观粒子时必需考虑能量量子化
意义：
普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化、 物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点， 提出了能量量子化、物体辐射或吸收能量只能 一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这 不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开创 物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的 认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量子 力学的诞生奠定了基础。