高二物理選修3-5第十七章：17.1能量量子化

1、思考與討論思考與討論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？過一會(huì)兒投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會(huì)兒又是什么顏色？又是什么顏色？一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射1 1、熱輻射、熱輻射: :一切物體由于分子、原子受到激發(fā)都在輻射電磁一切物體由于分子、原子受到激發(fā)都在輻射電磁波波, ,這種輻射與溫度有關(guān)這種輻射與溫度有關(guān), ,故稱為故稱為熱輻射；熱輻射；2 2、熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布情況隨溫度變化而不同：、熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布情況隨溫度變化而不同：溫度升高溫度升高，輻射電磁波中短波長(zhǎng)成分更多；，輻射電磁波中短波長(zhǎng)成分更多；3 3、黑體：

2、一般物體、黑體：一般物體除會(huì)除會(huì)熱輻射熱輻射外，其表面還會(huì)吸收和反射外外，其表面還會(huì)吸收和反射外來的電磁波；如果某物體能夠完全吸收入射各種波長(zhǎng)的電磁來的電磁波；如果某物體能夠完全吸收入射各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這物體稱為波而不發(fā)生反射，這物體稱為黑體。黑體。固體在溫度升高時(shí)顏色的變化固體在溫度升高時(shí)顏色的變化1400K800K1000K1200K一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射思考與討論思考與討論 一座建設(shè)中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內(nèi)已粉刷，一座建設(shè)中樓房還沒有安裝窗子，盡管室內(nèi)已粉刷，如果從遠(yuǎn)處觀察，把窗內(nèi)的亮度與樓外墻的亮度相比，如果從遠(yuǎn)處觀察，把窗內(nèi)的亮度與樓外墻的亮度相比，

3、你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？黑體模型黑體模型空腔上的小孔空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞煉鋼爐上的小洞煙煤煙煤注意：常溫下黑體是黑的。高溫下黑體不是黑的，因它注意：常溫下黑體是黑的。高溫下黑體不是黑的，因它輻射的電磁波在可見光范圍內(nèi)也比較強(qiáng)。輻射的電磁波在可見光范圍內(nèi)也比較強(qiáng)。 為了研究不依賴于物質(zhì)具體物性的熱輻射規(guī)律，為了研究不依賴于物質(zhì)具體物性的熱輻射規(guī)律，物理學(xué)家們定義了一種理想物體物理學(xué)家們定義了一種理想物體黑體黑體(black (black body)body)，以此作為熱輻射研究的理想物體。所謂黑體是，以此作為熱輻射研究的理想物體。所謂黑體是指入射的電磁波能量全部被吸收，

4、既沒有反射，也沒指入射的電磁波能量全部被吸收，既沒有反射，也沒有透射。顯然自然界不存在真正的黑體，但許多地物有透射。顯然自然界不存在真正的黑體，但許多地物是較好的黑體近似是較好的黑體近似( ( 在某些波段上在某些波段上) )。黑體輻射情況只。黑體輻射情況只與其溫度有關(guān)與其溫度有關(guān), ,與組成材料、表面形狀無關(guān)。與組成材料、表面形狀無關(guān)。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置T平行光管平行光管三棱鏡三棱鏡T0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果o/m)(0TM維恩線維恩線瑞利瑞利-金斯線金斯線紫紫外外災(zāi)災(zāi)難難12345678三、能量子三、能量子 超越牛頓

5、的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)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，在我們宏觀世界看來可宏觀世界看來可能非常奇怪。能非常奇怪。 輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量值。相應(yīng)的能量是某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：, 1 , 2 , 3

6、, . n . n為正整數(shù)，為正整數(shù)，稱為稱為量子數(shù)。量子數(shù)。能量能量量子量子經(jīng)典經(jīng)典h=6.626*10-34J.s三、能量子三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn)h(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值),(0Te 三、能量子三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn)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逐漸降低的，既然從微觀的角度來看逐漸降低的，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？它的溫度

7、不是一段一段地降低？ 19001900年年1212月月1414日，普朗克在柏林宣讀了他日，普朗克在柏林宣讀了他關(guān)于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那關(guān)于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他一年他4242歲。普朗克把能量子引入物理學(xué)歲。普朗克把能量子引入物理學(xué), ,正確正確地破除了地破除了”能量連續(xù)變化能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念的傳統(tǒng)觀念, ,成為現(xiàn)成為現(xiàn)代物理學(xué)思想的基石之一代物理學(xué)思想的基石之一, , 為我們打開了量子為我們打開了量子之門。之門。 就在就在19001900年，一個(gè)名叫愛因斯坦年，一個(gè)名叫愛因斯坦(Albert (Albert Einstein)Einstein)的青年從

8、蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)(ETH)(ETH)畢業(yè)，正在為將來的生活發(fā)愁。畢業(yè)，正在為將來的生活發(fā)愁。5 5年后他受量年后他受量子化啟發(fā)提出了光量子子化啟發(fā)提出了光量子, ,成功的解釋了光電效成功的解釋了光電效應(yīng)應(yīng). . 能量量子化能量量子化: :物理學(xué)的新紀(jì)元物理學(xué)的新紀(jì)元 就在那一年就在那一年, ,在丹麥，在丹麥，1515歲的玻爾正在哥本歲的玻爾正在哥本哈根的中學(xué)里讀書。玻爾有著好動(dòng)的性格。學(xué)哈根的中學(xué)里讀書。玻爾有著好動(dòng)的性格。學(xué)習(xí)方面，他在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面顯示出了非凡的習(xí)方面，他在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面顯示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文天才，但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文卻是全校有名。卻是全校有名。1313年后他提出了原子軌道量子年后他提出了原子軌道量子化化. . 德布羅意當(dāng)時(shí)德布羅意當(dāng)時(shí)8 8歲，還正在家里接受良好的歲，還正在家里接受良好的幼年教育。后來他提出了物質(zhì)波幼年教育。后來他提出了物質(zhì)波. . 再過再過1212個(gè)月，維爾茲堡的