171能量量子化：

1、一、能量量子化一、能量量子化教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) v1、知識(shí)與技能、知識(shí)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(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系（3）了解能量子的概念v2、過程與方法、過程與方法v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(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。2一、能量量子化v3、情感態(tài)度與價(jià)值觀、情感態(tài)度與價(jià)值觀v領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。v【重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)】v1、重點(diǎn)、重點(diǎn): v 能量子的概念v2、難點(diǎn)、難點(diǎn):

2、v 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律3一、能量量子化 19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲等都方程。另外還找到了力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律遵循的規(guī)律能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物能量轉(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(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)家都沉醉

3、于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。4一、能量量子化小故事：小故事：當(dāng)?shù)聡?guó)著名物理學(xué)家普朗克立志獻(xiàn)身理論物理時(shí)，當(dāng)?shù)聡?guó)著名物理學(xué)家普朗克立志獻(xiàn)身理論物理時(shí)，他的老師勸他：他的老師勸他：“年輕人，物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的科學(xué)，年輕人，物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的科學(xué)，不會(huì)再有多大的發(fā)展了，將一生獻(xiàn)給這門學(xué)科，太可惜了不會(huì)再有多大的發(fā)展了，將一生獻(xiàn)給這門學(xué)科，太可惜了.” “科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩科學(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)工的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。作就行了?！?-開爾文開爾文- 也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東

4、西了，后也就是說：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(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小一輩只要把做過的實(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！數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！ “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，人不安的烏云，-”5一、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)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？ 一朵與黑體輻射有關(guān)，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)。另一朵與邁

5、克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。 然而然而, 事隔不到一年（事隔不到一年（1900年底），就從第一年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二年）從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。6一、能量量子化固體在溫度升高時(shí)顏色的變化固體在溫度升高時(shí)顏色的變化7一、能量量子化一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射1、 熱輻射熱輻射這種與溫度有關(guān)這種與溫度有關(guān)的的輻射，稱為熱輻射。輻射，稱為熱輻射。熱能熱能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為為電磁能電磁能任何物體

6、任何溫度均存在熱輻射任何物體任何溫度均存在熱輻射鐵塊加熱：暗紅、赤紅、橘紅、黃白色鐵塊加熱：暗紅、赤紅、橘紅、黃白色室溫下，主要成分是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波（紅外線）室溫下，主要成分是波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波（紅外線）當(dāng)溫度升高時(shí)，較短波長(zhǎng)的成分越來越強(qiáng)當(dāng)溫度升高時(shí)，較短波長(zhǎng)的成分越來越強(qiáng)輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而不同輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而不同物體的溫度恒定時(shí)物體的溫度恒定時(shí), ,物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間物體所吸收的能量等于在同一時(shí)間內(nèi)輻射的能量?jī)?nèi)輻射的能量平衡熱輻射平衡熱輻射2、 黑體黑體 能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反

7、射的物體稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。反射的物體稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。不透明的材料制成帶小孔的的空腔不透明的材料制成帶小孔的的空腔, ,可近似看作黑體。可近似看作黑體。黑體模型黑體模型 一般物體輻射電磁波一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料及表面狀況有關(guān)，還與材料及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與其溫度按波長(zhǎng)的分布只與其溫度有關(guān)。有關(guān)。8一、能量量子化向向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑體遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑體0 1 2 3 4 5 6/m1700K1500K1300K1100K輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度9一、能量量子化 隨著溫度的升高

8、，各隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，輻射強(qiáng)度的最大值向加，輻射強(qiáng)度的最大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。二、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律二、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、 實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律o小圓點(diǎn)代表實(shí)驗(yàn)值小圓點(diǎn)代表實(shí)驗(yàn)值維恩線維恩線瑞利瑞利金斯線金斯線紫紫外外災(zāi)災(zāi)難難普朗克線普朗克線1234567810一、能量量子化/m輻射強(qiáng)度輻射強(qiáng)度2、 經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的矛盾一、能量量子化11三、能量子三、能量子能量子：能量子：振動(dòng)著的帶電微粒的能量并不象經(jīng)典物理振動(dòng)著的帶電微粒的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值，只能是某一最小能量學(xué)所允許的可具

9、有任意值，只能是某一最小能量 （稱為能量子）的整數(shù)倍，即：稱為能量子）的整數(shù)倍，即：， 2， 3。當(dāng)帶。當(dāng)帶電微粒輻射和吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值電微粒輻射和吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地進(jìn)行。為單位一份一份地進(jìn)行。頻率為頻率為 的電磁波的電磁波最小能量為最小能量為h 普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀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)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)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。的

10、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(jiǎng)。年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 他的墓碑上只刻著他的姓名和他的墓碑上只刻著他的姓名和sJ10626. 634h12一、能量量子化 1900年年12月月14日，普朗克在柏林宣讀了他關(guān)于黑日，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。那一年他體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他42歲。歲。普朗克把能量子引入物理學(xué)普朗克把能量子引入物理學(xué),正確地破除了正確地破除了”能量連續(xù)能量連續(xù)變化變化”的傳統(tǒng)觀念的傳統(tǒng)觀念,成為現(xiàn)代物理學(xué)思想的基石之一成為現(xiàn)代物理學(xué)思想的基石之一, 為我們打開了量子之門為我們打開了量子之門, 黑體輻射的

11、研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，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，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。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，但真理與謬誤使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭(zhēng)就此平息了嗎？之爭(zhēng)就此平息了嗎？13一、能量量子化 新的難題新的難題：1888年，霍瓦年，霍瓦（Hallwachs）發(fā)現(xiàn)一發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電。近近10年以年以后，后，1897年年，J.Thomson發(fā)現(xiàn)了電子發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時(shí)，此時(shí)，人們?nèi)藗冋J(rèn)識(shí)到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些認(rèn)識(shí)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電子被稱作光電子（photoelectron），），相應(yīng)的效應(yīng)相應(yīng)的效應(yīng)叫做光電效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對(duì)光的完美理論（光的波。人們本著對(duì)光的完美理論（光的波動(dòng)性、電磁理論）進(jìn)行解釋會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？動(dòng)性、電磁理論）進(jìn)行解釋會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？ 一、能量量子化14小結(jié)小結(jié) 一、黑體與黑