《能量量子化》PPT課件.ppt

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,無錫市第一中學,19世紀末，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面獲得巨大成就。在熱學方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了能推斷一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律：能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發(fā)展到頭了。,材料鑒賞:,,1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上,著名物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發(fā)言:,也就是說：物理學已經沒有什么新東西了，后一輩科學家只要把做過的實驗再精確一下，在實驗數(shù)據的小數(shù)點后面再加幾位罷了！,但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：,這兩朵烏云是指什么呢？,黑體輻射實驗,光的速度,后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。,普朗克量子力學的誕生,相對論問世,這兩朵烏云到底是什么回事呢？,經典力學,量子力學,相對論,微觀領域,高速領域,,,,,能量量子化,物理學的新紀元,第一節(jié)：,,,,思考與討論,1，在爐火旁邊有什么感覺？ 2，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？,固體在溫度升高時顏色的變化：,熱輻射現(xiàn)象：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有關，所以叫做熱輻射。 輻射規(guī)律： 1.輻射的電磁波中包含各種波長的電磁波，不同波長，輻射強度不同。 2. 溫度升高，輻射強度增大，同時輻射電磁波的頻率和波長也在變化。,問題：如何研究物體的熱輻射規(guī)律？,注意：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， 例如：常溫下我們看到的物體顏色就是物體反射了該頻率的電磁波，吸收了其他頻率的電磁波。一些物體看起來很黑，其實是它吸收所有電磁波，反射的電磁波很弱。 那么：在研究物體熱輻射中，應如何避免反射電磁波的影響？,一，黑體及黑體輻射 理想的熱輻射體是“絕對黑體”，簡稱“黑 體”。它在任何溫度下都能全部吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射。,在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔的電磁波在空腔中會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體。,德國物理學家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。,說明： ①黑體是個理想化的模型。例：開孔的空腔，遠處的窗口等可近似看作黑體。 ②實驗表明：對于一般材料的物體，輻射 電磁波的情況除與溫度有關外，還與材料的 種類及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的 規(guī)律只與黑體的溫度有關，因而可以反映某種具有普通意義的客觀規(guī)律。于是，在研究熱輻射的規(guī)律時．人們特別注意對黑體輻射的研究。,,,,,,,,,,,,0 1 2 3 4 5 6,,λ,(μm),,,,1700K,1500K,1300K,,1100K,二：黑體輻射的實驗規(guī)律,隨著溫度的升高： 1，各種波長的輻射強度都有增加； 2，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。,你能由圖找到黑體輻射的實驗規(guī)律嗎？,瑞利公式在長波部分與實驗結果比較吻合。但在紫外區(qū)(波長范圍在紫外線附近)竟算得輻射強度為無窮大，這個荒謬的結論被認為是物理學理論的災難，當時稱為“紫外災難”。,維恩公式在短波部分與實驗結果吻合得很好，但長波卻不行。,三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn),,微觀世界的某些規(guī)律，在我們宏觀世弄看來可能非常奇怪。,? 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ε的整數(shù)倍，E=nε （n=1,2,…），這個不可再分的最小能量值ε叫能量子。n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。,* 帶電微粒吸收和輻射能量時，也是以這個最小能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),*能量子的能量：ε=h ?（ ? 是輻射吸收的電磁波的頻率）,理論與實驗符合的讓人擊掌叫絕,1800K,能量量子化：,宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。 微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子化），例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。 量子化：只能取一系列分立值，不能連續(xù)變化 你能舉出生活中“量子化”例子嗎？ 普朗克的量子化理論改變了人們對世界的根本認識。1900年不僅成為新世紀的開始，也成為物理學的一個新紀元。18年后，普朗克為此獲得了諾貝爾物理學獎。,,問題與練習,在一杯開水中放入一枝溫度計，開水靜置室內，可以看到開水的溫度是逐漸降低的，既然從微觀的角度來看能量是一份一份向外輻射的，為什么它的溫度不是一段一段地降低？,解釋：,1.開水向外輻射的每一分能量子能量很?。ㄎ⒂^量），而水降低1℃釋放的能量很大（宏觀量），由于溫度計的精度不夠，所以觀察到的溫度計溫度不是一段一段地降低的。 2.在宏觀尺度內研究物體的能量變化時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化。（因為每個能量子的能量很小，宏觀物體的能量不連續(xù)變化非常不明顯，可以忽略不計。） 3.在研究微觀粒子時必需考慮能量量子化,意義： 普朗克拋棄了經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)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。,擴展閱讀:變革的困難,1900年12月14日普朗克在德國物理學會上報告了自己的研究結果，他的公式受到歡迎，但他的能量子假說，卻受到冷遇，當時沒有人相信他的假說。 能量的變化竟然是不連續(xù)的，這與物理學界幾百年來信奉的“自然界無跳躍”的原則直接矛盾，因此量子論出現(xiàn)之后，許多物理學家不予接受,物理學界最初的反應是極其冷淡的。人們只承認普朗克那個同實驗一致的經驗性的輻射公式，而不承認他的理論性的量子假說。,遺憾的是，普朗克雖然發(fā)現(xiàn)了能量子，但他不能理解這一發(fā)現(xiàn)的意義，對自己的發(fā)現(xiàn)長期惴惴不安。在發(fā)現(xiàn)能量子之后的長達１４年時間，他總想退回到經典物理學的立場。他曾在散步時對兒子說：“我現(xiàn)在做的事情，要么毫無意義，要么可能成為牛頓以后物理學上最大的發(fā)現(xiàn)?！?普朗克在做出量子假說時已年過四十。他受過嚴格的經典物理學訓練，對經典物理學十分熟悉和熱愛。他不愿意同經典物理學決裂，只是迫于事實的壓力，才不得不做出能量子的假說。他的能量子理論是不徹底的，他的理論還是以承認電磁波本身的連續(xù)性為基礎的。他把自己的量子假說僅僅局限于粒子對電磁波的吸收和發(fā)射的特殊性上。,１９０５年，愛因斯坦提出光量子假說，成功地解釋了光電效應；１９０６年，他又將量子理論運用到固體比熱問題，獲得成功；１９１２年，玻爾將量子理論引入到原子結構理論中，克服了經典理論解釋原子穩(wěn)定性的困難，建立了他的原子結構模型，取得了原子物理學劃時代的進展；１９２２年，康普頓通過實驗最終使物理學家們確認光量子圖景的實在性，從而使量子理論得到科學界的普遍承認。 科學的發(fā)展總是在困難中前進，失敗不可怕，它是人類進步的階梯。,課堂練習,1.請你填空:在做全國人口普查時我們關心的是:現(xiàn)在全國有幾___人, 班級小組長在數(shù)人數(shù)時常用:一___,兩___;等.,,2.燈向外輻射的能量是最小能量的整數(shù)倍.那么紅光的最小能量比紫光的最小能量大還是小?,,,,,,,,,,本節(jié)課的主要知識: 微觀粒子的運動是不連續(xù)的, 在發(fā)射和吸收能量的時候，不是連續(xù)的，而是一份一份的。能量是h? 的整數(shù)倍。 每份能量為: E=hν,