2023學(xué)年完整公開(kāi)課版能量量子化

1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開(kāi)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(kāi)爾文--也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！

但開(kāi)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，----”（1900年）一朵與黑體輻射有關(guān)另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)不到一年量子論1905年相對(duì)論現(xiàn)象通恒定電流,功率為3W的燈在正常發(fā)光問(wèn)題該光的波長(zhǎng)約為多少納米?把它視為點(diǎn)光源,你能估算出一秒內(nèi)進(jìn)入你眼睛的光能嗎?說(shuō)說(shuō)你的方法.根據(jù)你的經(jīng)驗(yàn)燈的亮度會(huì)變化嗎?實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回顧但是，有人卻認(rèn)為燈的發(fā)光應(yīng)該是：一閃一閃的

固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱(chēng)為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。固體在溫度升高時(shí)顏色的變化1400K800K1000K1200K1.熱輻射現(xiàn)象黑體與黑體輻射直覺(jué):

低溫物體發(fā)出的是紅外光熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光高溫物體發(fā)出的是紫外光注意：

熱輻射與溫度有關(guān)激光日光燈發(fā)光不是熱輻射黑體輻射(一)1.熱輻射:

一般物體輻射能量與T,λ有關(guān);還與材料.表面積有關(guān),

能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體3.黑體輻射:實(shí)驗(yàn)結(jié)論:1.溫度越高,輻射能越大;2.黑體:1700K1500K1300K1100K實(shí)驗(yàn):加熱鐵2.與最大輻射能對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)空腔隨溫度的升高而向外輻射電磁波能全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱(chēng)為絕對(duì)黑體。簡(jiǎn)稱(chēng)黑體2.黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型

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)。黑體模型空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞向遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)的窗子平衡態(tài)時(shí)黑體輻射只依賴(lài)于物體的溫度,與構(gòu)成黑體的材料形狀無(wú)關(guān)實(shí)驗(yàn)維恩公式:短波適合;長(zhǎng)波不符合瑞利公式:長(zhǎng)波適合;短波荒唐普朗克理論:

在發(fā)射和吸收能量的時(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。最小能量為:E=hνν

是波的頻率瑞利公式維恩公式黑體輻射(二)普朗克理論值紫外災(zāi)難兩種經(jīng)典的電磁理論黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。o實(shí)驗(yàn)值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難普朗克線12345678問(wèn)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(dòng)時(shí)我們可以認(rèn)為：物體的運(yùn)動(dòng)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(wèn)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看下列一組照片能否給你一點(diǎn)啟發(fā)

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(kāi)了量子之門(mén),

就在1900年，一個(gè)名叫愛(ài)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(lái)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

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(shū)。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(lái)他提出了物質(zhì)波.

再過(guò)12個(gè)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(qǐng)同學(xué)們記住他們的名字.

能量量子化:物理學(xué)的新紀(jì)元課堂練習(xí)3.在白天,對(duì)面樓房的窗戶(hù)看上去是黑色的,而外墻面是亮的.為什么?1.請(qǐng)你填空:在做全國(guó)人口普查時(shí)我們關(guān)心的是:現(xiàn)在全國(guó)有幾___人,班級(jí)小組長(zhǎng)在數(shù)人數(shù)時(shí)常用:一___,兩___;等.4.光源發(fā)出的光能是一份一份的,那么每份光能是怎樣傳到你的眼睛里呢?是均勻分布在兩只眼睛里？還是每份只傳給一只眼睛上的某一處呢?請(qǐng)你與同桌討論一下,說(shuō)說(shuō)你的猜想.2.燈向外輻射的能量是最小能量