量子概念的誕生

1、ks5u精品課件第十七章 波粒二象性ks5u精品課件新課標(biāo)要求新課標(biāo)要求1內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) （1）了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。 （2）通過實驗了解光電效應(yīng)。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。 （3）了解康普頓效應(yīng)。 （4）根據(jù)實驗說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。 （5）知道實物粒子具有波動性。知道電子云。初步了解不確定性關(guān)系。 （6）通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗的局限性。體會人類對世界的探究是不斷深入的。 2活動建議 閱讀有關(guān)微觀世界的科普讀物，寫出讀書體會。ks5u精品課件171 能量量子化：物理學(xué)的新紀元新

2、課標(biāo)要求新課標(biāo)要求（一）知識與技能（一）知識與技能1了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射 2了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系3了解能量子的概念（二）過程與方法（二）過程與方法了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。（三）情感、態(tài)度與價值觀（三）情感、態(tài)度與價值觀領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。ks5u精品課件 教學(xué)重點教學(xué)重點 能量子的概念 教學(xué)難點教學(xué)難點 黑體輻射的實驗規(guī)律ks5u精品課件能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景

3、 19世紀末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、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)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上，著名物理學(xué)家開爾文作了展望新世紀的發(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工作就行了。”也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！但開

4、爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實驗有關(guān)。然而， 事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路， 柳暗花明又一村”。ks5u精品課件1黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射 （1）熱輻射現(xiàn)象 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，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)象稱為熱輻射。

5、 所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。ks5u精品課件 （2）黑體 概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對黑體，簡稱黑體。 不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如圖所示。 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ks5u精品課件ACD 【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ks5u精品課件2黑體輻射的實驗規(guī)律黑體輻射的實驗規(guī)律 黑體熱輻射的強度與波長的關(guān)系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻

6、射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K),(0Te 實驗結(jié)果ks5u精品課件解釋黑體輻射的實驗規(guī)律 在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來解釋。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實驗規(guī)律不符，甚至得出了非常荒謬的結(jié)論，當(dāng)時被稱為“紫外災(zāi)難”。ks5u精品課件【例2 】 煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(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，熱輻射中較短波長的成分越來越強，可

7、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、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度ks5u精品課件3能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說：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（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：， 1，2，3，. n，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。 對于頻率為的諧振子最小能量為這個最小能量值，就叫做能量子ks5u

8、精品課件普朗克的能量子假說和黑體輻射公式 （1）黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國物理學(xué)會會議上提出一個黑體輻射公式12)(/32kThechTMks5u精品課件【例3】 對應(yīng)于34xl0l9J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o =h和=c/得 =/h=5.13x1014Hz =c/=5.85x10-7Hz 513x10-14Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為585xl07m。ks5u精品課件 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，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。 1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎。 他的墓碑上只刻著他的姓名和h 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？ 沒有。 物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子