紅外光譜分析儀和應(yīng)用演示文稿

紅外光譜分析儀和應(yīng)用演示文稿目前一頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)材料鑒賞：

19世紀(jì)末，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。目前二頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上，物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！?開爾文)

但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，……”目前三頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射實(shí)驗(yàn)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)

后來的事實(shí)證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風(fēng)暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。目前四頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)普朗克量子力學(xué)的誕生相對論問世這兩朵烏云到底是什么回事呢？量子力學(xué)相對論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)目前五頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)思考與討論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？過一會又是什么顏色？1400K800K1000K1200K例如，鐵塊隨著溫度升高：

現(xiàn)象：表明：鐵塊輻射電磁波不發(fā)光→暗紅→赤紅→橘紅→黃白色目前六頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)1.一切物體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān),故稱為熱輻射。熱輻射輻射電磁波的特性與溫度有關(guān)。一、熱輻射目前七頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)但是強(qiáng)度不同。⑶熱輻射強(qiáng)度按波長(頻率)的分布和溫度有關(guān)，高溫物體發(fā)出的是紫外光。熾熱物體發(fā)出的是可見光，低溫物體發(fā)出的是紅外光，溫度短波長的電磁波的比例

。2.⑴任何物體（氣、液、固）在任何溫度下，都會有熱輻射。⑵熱輻射波譜是連續(xù)譜，各種波長(頻率)都有，目前八頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)3、平衡熱輻射加熱一物體物體的溫度恒定時(shí)物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)輻射的能量這時(shí)得到的輻射稱為平衡熱輻射目前九頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

冶金工業(yè)的發(fā)展及對恒星研究的需要促進(jìn)了對黑體輻射的研究目前十頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。二.黑體及黑體輻射

1.理想的熱輻射體是“絕對黑體”，簡稱“黑體”，它能完全吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射.目前十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)2.黑體模型帶小孔的不透明空腔帶小洞的煉鋼爐向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑體平衡態(tài)時(shí)黑體輻射只依賴于物體的溫度,與構(gòu)成黑體的材料形狀無關(guān)目前十二頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)3.說明：⑴黑體是個理想化的模型。例：開小洞的煉鋼爐，遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。⑵對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。⑶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(qiáng)度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。目前十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)三、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。1、測量黑體輻射的實(shí)驗(yàn)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。T平行光管三棱鏡T目前十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K輻射強(qiáng)度:單位時(shí)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(qiáng)度。2、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律輻射強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)：隨溫度的升高①各種波長的輻射強(qiáng)度都在增加；②輻射強(qiáng)度的最大值向短波方向移動目前十五頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難o實(shí)驗(yàn)值/μm123456783、經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難——解釋實(shí)驗(yàn)曲線一朵令人不安的烏云1）維恩的半經(jīng)驗(yàn)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)難目前十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)普朗克能量子假說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,…ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量

對于頻率為

的諧振子，最小能量為：

ε=h

h=6.62610-34J·s——普朗克常量四、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)目前十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，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ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：1ε，2ε，3ε，...nε。n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。能量量子經(jīng)典目前十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

1900年12月14日普朗克在德國物理學(xué)會上報(bào)告了自己的研究結(jié)果，他的公式受到歡迎，但他的能量子假說，卻受到冷遇，當(dāng)時(shí)沒有人相信他的假說。

能量子假說的提出，給經(jīng)典物理學(xué)打開了一個缺口，為量子物理學(xué)安放了一塊奠基石，宣告量子物理學(xué)的誕生。目前十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)意義：（閱讀書本p29）

Planck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(diǎn)，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(diǎn)。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)。目前二十頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)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目前二十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)λ(μm)947普朗克實(shí)驗(yàn)值123568目前二十二頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h

的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。

1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。他的墓碑上只刻著他的姓名和目前二十三頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)【例1】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(qiáng)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ACD目前二十四頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)【例2】煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計(jì)出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理?[答案]根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，熱輻射中較短波長的成分越來越強(qiáng)，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(jì)爐內(nèi)的溫度目前二十五頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)【例3】對應(yīng)于3.4×l0-l9J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？[解析]根據(jù)公式ε=hν和ν=c/λ得

ν=ε/h=5.13×1014Hzλ=c/ν=5.85×10-7Hz

5.13×10-14Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為5.85×l0—7m。目前二十六頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？物理難題：

1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，J.Thomson發(fā)現(xiàn)了電子，此時(shí)，人們認(rèn)識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應(yīng)的效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進(jìn)行解釋會出現(xiàn)什么結(jié)果？

目前二十七頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)問題:既然燈向外輻射的光能是分立的，一份份的。為何我們看不到燈的亮度發(fā)生變化？結(jié)論：1、在宏觀尺度內(nèi)研究物體的運(yùn)動時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化2、在研究微觀粒子時(shí)必需考慮能量量子化問題與結(jié)論

普朗克理論:能量在發(fā)射和吸收的時(shí)候，不是連續(xù)不斷，而是分成一份一份的。能量是h的整數(shù)倍。每份能量為:E=hν目前二十八頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

1900年12月14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。那一年他42歲。普朗克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,成為現(xiàn)代物理學(xué)思想的基石之一,為我們打開了量子之門,

就在1900年，一個名叫愛因斯坦(AlbertEinstein)的青年從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)(ETH)畢業(yè)，正在為將來的生活發(fā)愁。5年后他受量子化啟發(fā)提出了光量子,成功的解釋了光電效應(yīng).能量量子化:物理學(xué)的新紀(jì)元目前二十九頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

就在那一年,在丹麥，15歲的玻爾(NielsBohr)正在哥本哈根的中學(xué)里讀書。玻爾有著好動的性格。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。13年后他提出了原子軌道量子化.德布羅意(LouisdeBroglie)當(dāng)時(shí)8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.

再過12個月，維爾茲堡(Wurzberg)的一位著名希臘文學(xué)教授就要喜滋滋地看著他的寶貝兒子小海森堡(WernerKarlHeisenberg)呱呱墜地。以上人物都將在我們的課文中出現(xiàn).請同學(xué)們記住他們的名字.能量量子化:物理學(xué)的新紀(jì)元目前三十頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

能量的變化竟然是不連續(xù)的，這與物理學(xué)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(xué)家不予接受。量子論的出現(xiàn)，物理學(xué)界最初的反應(yīng)是極其冷淡的。人們只承認(rèn)普朗克那個同實(shí)驗(yàn)一致的經(jīng)驗(yàn)性的輻射公式，而不承認(rèn)他的理論性的量子假說。目前三十一頁\總數(shù)三十三頁\編于十八點(diǎn)

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(dá)１４年時(shí)間，他總想退回到