人教版高中物理選修3-5《17.1 能量量子化》(PPT)(共17張PPT)

1、第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性 第一節(jié)第一節(jié) 能量量子化能量量子化 甘肅省通渭縣第二中學甘肅省通渭縣第二中學 李樹龍李樹龍19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在了很大的成功：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、分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學方面，建立了一個能氣體的內(nèi)能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還方程。另外還找到了力、電、光、聲找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律等都遵循的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律

2、。當時許多物理學家都能量轉(zhuǎn)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。他們認為物理沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。學已經(jīng)發(fā)展到頭了。材料鑒賞材料鑒賞:于是于是1900年英國物理學家開爾文在瞻望年英國物理學家開爾文在瞻望20世紀物理學的發(fā)展的文章中說到：世紀物理學的發(fā)展的文章中說到： “在已經(jīng)基本建成的科學大廈中，在已經(jīng)基本建成的科學大廈中，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。就行了?！?-開爾文開爾文-也就是說：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩也就是說：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做

3、一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點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！后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？熱輻射實驗熱輻射實驗邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實驗莫雷實驗后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革后來的事實證明，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

4、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普朗克量子力學的誕生相對論問世相對論問世這兩朵烏云到底是什么回事呢？這兩朵烏云到底是什么回事呢？經(jīng)典力學經(jīng)典力學量子力學量子力學相對論相對論微觀領域微觀領域高速領域高速領域 第第1 1節(jié)節(jié) 能量量子化能量量子化: :物理學的新紀元物理學的新紀元思考與討論思考與討論1:在火爐旁邊有什么感覺在火爐旁邊有什么感覺?投在爐中的鐵塊開始是什么顏色投在爐中的鐵塊開始是什么顏色?過一會有是什么顏過一會有是什么顏色色?任何溫度下，宏觀物體都要向外輻射電磁波。電磁波任何溫度下，宏觀物體都要向外輻射電磁波。電磁波能量的多少，以及電磁波按波長的

5、分布都與溫度有關，能量的多少，以及電磁波按波長的分布都與溫度有關，故稱為故稱為熱輻射熱輻射。室溫時室溫時 波長較長的電磁波波長較長的電磁波高溫高溫 波長較短的電磁波波長較短的電磁波熱輻射的主要成分熱輻射的主要成分:無論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，輻無論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，輻射強度按波長的分布情況隨物體隨溫度有所不同。射強度按波長的分布情況隨物體隨溫度有所不同。一、熱輻射一、熱輻射熱輻射解釋：熱輻射解釋：大量帶電粒子的無規(guī)則熱大量帶電粒子的無規(guī)則熱運動引起的。物體中每個分子、原子或運動引起的。物體中每個分子、原子或離子都在各自平衡位置附近以各種不同離子都在各自平衡位置附近

6、以各種不同頻率作無規(guī)則的微振動，每個帶電微粒頻率作無規(guī)則的微振動，每個帶電微粒的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場，從而向的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場，從而向外輻射各種波長的電磁波，形成連續(xù)的外輻射各種波長的電磁波，形成連續(xù)的電磁波譜。電磁波譜。思考與討論思考與討論2：一座建設中的樓房還沒安裝窗子，盡一座建設中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠處看，把窗內(nèi)的亮度與管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠處看，把窗內(nèi)的亮度與樓房外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？樓房外墻的亮度相比，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？二、黑體與黑體輻射二、黑體與黑體輻射定義：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波定義：如果某種物體能夠完全吸

7、收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射，則稱這種物體為絕對黑長的電磁波而不發(fā)生反射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。體，簡稱黑體。用不透明材料制成一空心容器，用不透明材料制成一空心容器，壁上開一小孔壁上開一小孔，可看成可看成絕對黑絕對黑體體說明：說明：黑體是個理想化的模型。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。例：開孔的空腔，遠處的窗口等可近似看作黑體。 對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。三、黑體輻射的實驗規(guī)律三、黑體輻射的實驗規(guī)律1）測量黑體輻射的實驗原理圖：）測量黑體輻射的實驗原理圖：2）輻射強度：）輻射強度：

8、 單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。總輻射能，稱為輻射強度。40)(TTM）開（米瓦428/1067. 5斯特藩斯特藩玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律),(0TM1700k1500k1300k實驗發(fā)現(xiàn)：隨溫度的升高實驗發(fā)現(xiàn)：隨溫度的升高各種波長的輻射強度都在增加；各種波長的輻射強度都在增加；當絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波當絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。方向移動。3)維恩位移定律維恩位移定律bTm開米310897. 2b4) 經(jīng)典物理學所遇到的困難經(jīng)典物理學所遇到的困難解釋實驗曲線解釋實

9、驗曲線1）維恩的半經(jīng)驗公式：）維恩的半經(jīng)驗公式：Tc5102ec)T(M公式適合于短波波段，公式適合于短波波段，長波波段與實驗偏離。長波波段與實驗偏離。 402ckTTM公式只適用于長波段公式只適用于長波段, , 而在紫外區(qū)與實驗不符而在紫外區(qū)與實驗不符, , -紫外災難紫外災難2）瑞利）瑞利-金斯公式金斯公式玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù) k =1.380658 10-23J/K),(0TM實驗實驗瑞利瑞利-瓊斯線瓊斯線維恩線維恩線T=1646k112),(520TkhcehcTM),(0TM實驗實驗瑞利瑞利-瓊斯線瓊斯線維恩線維恩線T=1646k普朗克線普朗克線普朗克的擬合結(jié)果普朗克的擬合結(jié)果四

10、、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)四、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 普朗克能量子假說普朗克能量子假說*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)倍量是某一最小能量的整數(shù)倍 E=n n=1,2,叫能量子，簡稱量子，叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)為量子數(shù)，它只取正整數(shù)能量能量量子化量子化 * 振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量 h=6.626 10-34焦耳焦耳。-普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) *對于頻率為對于頻率為 的諧振子，最小能量為：的諧振子，最小能量為： =h 意義：意義： Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、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，物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進行的新觀點。一份地按不