選修能量量子化市公開課金獎市賽課一等獎課件

第1頁材料鑒賞：

19世紀末，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大成功：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、氣體內(nèi)能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵照規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當初許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。第2頁19，在英國皇家學會新年慶賀會上，物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀講話:“科學大廈已經(jīng)基本完成，后輩物理學家只要做一些零碎修補工作就行了?！?開爾文)

但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力科學家，就在上面提到文章中他還講到：“不過，在物理學晴朗天空遠處，還有兩朵令人不安烏云，……”第3頁這兩朵烏云是指什么呢？黑體輻射試驗與光速度相關(guān)

以后事實證實，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。第4頁普朗克量子力學誕生相對論問世這兩朵烏云到底是什么回事呢？量子力學相對論微觀領(lǐng)域高速領(lǐng)域經(jīng)典力學第5頁思索與討論1:

在火爐旁邊有什么感覺?

投在爐中鐵塊開始是什么顏色？過一會有是什么顏色？第6頁

固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長電磁波，這種因為物體中分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波特征與溫度相關(guān)。固體在溫度升高時顏色改變1400K800K1000K1200K

比如：鐵塊溫度從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色一、熱輻射現(xiàn)象

第7頁

不論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，所輻射能量及波長分布都隨溫度而改變。比如，鐵塊伴隨溫度升高：

現(xiàn)象：表明：①輻射強度及波長分布隨溫度改變；②伴隨溫度升高，電磁波短波成份增加。不發(fā)光→暗紅→赤紅→橘紅→黃白色第8頁低溫物體發(fā)出是紅外光，熾熱物體發(fā)出是可見光，高溫物體發(fā)出是紫外光。

熱輻射波譜是連續(xù)譜，各種波長(頻率)都有，不過強度不一樣。第9頁思索與討論2：一座建設中樓房還沒安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，假如從遠處看窗內(nèi)，你會發(fā)覺什么？為何？二、黑體與黑體輻射

物體表面能夠吸收和反射外界射來電磁波。假如一個物體在任何溫度下，對任何波長電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。不透明材料制成帶小孔空腔。第10頁說明：①黑體是個理想化模型。例：開孔空腔，遠處窗口等可近似看作黑體。②對于黑體，在相同溫度下輻射規(guī)律是相同。③普通物體輻射與溫度、材料、表面情況相關(guān)，但黑體輻射電磁波強度按波長分布只與黑體溫度相關(guān)。第11頁三、黑體輻射試驗規(guī)律研究黑體輻射規(guī)律是了解普通物體熱輻射性質(zhì)基礎(chǔ)。

1、測量黑體輻射試驗原理圖：加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不一樣溫度下黑體，從小孔向外輻射就是黑體輻射。第12頁。2、輻射強度：

單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射各種波長總輻射能，稱為輻射強度。發(fā)覺：隨溫度升高①各種波長輻射強度都在增加；②絕對黑體溫度升高時，輻射強度最大值向短波方向移動輻射強度第13頁維恩線瑞利--金斯線紫外災難o試驗值/μm123456783、經(jīng)典物理學所碰到困難——解釋試驗曲線一朵令人不安烏云1）維恩半經(jīng)驗公式：短波符合；長波不符合2）瑞利----金斯公式：長波符合；短波荒謬----紫外災難第14頁普朗克能量子假說輻射物體中包含大量振動著帶電微粒，它們能量是某一最小能量整數(shù)倍

E=nεn=1,2,…ε叫能量子，簡稱量子，n為量子數(shù)，它只取正整數(shù)——能量量子化微觀粒子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量不可再分最小能量為：

ε=h

h=6.62610-34J·s

——普朗克常量

四、能量子：超越牛頓發(fā)覺第15頁

輻射黑體分子、原子振動可看作諧振子，這些諧振子能夠發(fā)射和吸收輻射能。不過這些諧振子只能處于一些分立狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子能量并不象經(jīng)典物理學所允許可含有任意值。對應能量是某一最小能量ε（稱為能量子）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)典第16頁普朗克以后又為這種與經(jīng)典物理格格不入觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年努力證實任何復歸于經(jīng)典物理企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h引入確實反應了新理論本質(zhì)。19他榮獲諾貝爾物理學獎。他墓碑上只刻著他姓名和M.Planck

德國人1858－1947第17頁意義：（閱讀書本p29）普朗克拋棄了經(jīng)典物理中能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收能量可認為任意值舊觀點，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)方式進行新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中難題，而且開創(chuàng)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律認識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進入微觀領(lǐng)域，為量子力學誕生奠定了基礎(chǔ)。第18頁【例1】以下敘述正確是（）

A．一切物體都在輻射電磁波

B．普通物體輻射電磁波情況只與溫度相關(guān)

C．黑體輻射電磁波強度按波長分布只與黑體溫度相關(guān)

D．黑體能夠完全吸收入射各種波長電磁波ACD第19頁【例2】煉鋼工人經(jīng)過觀察煉鋼爐內(nèi)顏色，就能夠預計出爐內(nèi)溫度，這是依據(jù)什么道理?[答案]

依據(jù)熱輻射規(guī)律可知，當物體溫度升高時，熱輻射中較短波長成份越來越強，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成份降低，頻率比紅光大其它顏色光，為橙、黃、綠、藍、紫等光成份就增多。所以可依據(jù)爐內(nèi)光顏色大致預計爐內(nèi)溫度第20頁【例3】對應于3.4×l0-l9J能量子，其電磁輻射頻率和波長各是多少？它是什么顏色？