高中物理选修3-5：17.1-能量量子化

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1、材料鉴赏：19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到顶峰了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”(开尔文)但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他

2、还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，……”这两朵乌云是指什么呢？黑体辐射实验迈克尔逊-莫雷实验后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一场革命的风暴，乌云落地化为一场春雨，浇灌着两朵鲜花。普朗克量子力学的诞生相对论问世这两朵乌云到底是什么回事呢？量子力学相对论微观领域高速领域经典力学固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K例如：铁块温度从看不出发光到暗红到橙色到黄白色一、热辐射现象思考与讨论1:在火炉旁边有什么感觉?投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会有是什么颜色？一、热辐射及其特点1、热辐射由于分子热运动导致物体辐射电磁波

3、温度不同时辐射的波长分布不同例如：铁块温度从看不出发光到暗红到橙色到黄白色这种与温度有关的辐射称为热辐射热辐射---热能转化为电磁能的过程无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度而变化。例如，铁块随着温度升高：现象：回忆：可见光中各色光的波长频率大小关系？你了解多少不可见光的知识？表明：①辐射强度及波长的分布随温度变化；②随着温度升高，电磁波的短波成分增加。不发光→暗红→赤红→橘红→黄白色注意：激光、日光灯发光不是热辐射热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。思考与讨论2：一座建

4、设中的楼房还没安装窗子，尽管室内已经粉刷，如果从远处看窗内，你会发现什么？为什么？二、黑体与黑体辐射物体表面能够吸收和反射外界射来的电磁波。如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。不透明材料制成的带小孔的空腔。说明：①黑体是个理想化的模型。例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。②对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。③一般物体的辐射与温度、材料、表面状况有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。三、黑体辐射的实验规律研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。1、测量黑体辐射的

5、实验原理图：加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。T平行光管三棱镜T。2、辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。发现：随温度的升高①各种波长的辐射强度都在增加；②绝对黑体的温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动辐射强度维恩线瑞利--金斯线紫外灾难o实验值/μm123456783、经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线一朵令人不安的乌云1）维恩的半经验公式：短波符合；长波不符合2）瑞利----金斯公式：长波符合；短波荒唐----紫外灾难经典物理学的局限性微观世界的某些规律，在我们宏观世界看起来

6、可能非常奇怪M.Planck（1858－1947）德国人普朗克能量子假说辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能量是某一最小能量的整数倍E=nεn=1,2,…ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量对于频率为的谐振子，最小能量为：ε=hh=6.62610-34J·s——普朗克常量四、能量子：超越牛顿的发现能量量子经典意义：Planck抛弃了经典物理中的能量可连续变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。这不仅成功地

7、解决了热辐射中的难题，而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。黑体辐射公式：1900年10月19日，普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式M.Planck德国人1858－1947λ(μm)947普朗克实验值1235681918年他荣获诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和能量的变化竟然是不连续的，这与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”的原则直接矛盾，因此量子论出现之后，许多物理学家不予接受。量子论的出现，物理学界最初的反