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1、材料鉴赏,也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！,材料鉴赏,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,重视现实和有眼力的科学家开尔文在最后提到：,这两朵乌云是指什么呢？,材料鉴赏,后来的事实证明,正是这两朵乌云发展成为一场革命性的风暴,乌云落地化为一场春雨,浇灌着两朵鲜花.,黑体辐射实验,迈克尔逊-莫雷实验,普朗克量子力学的诞生,相对论问世,这两朵乌云到底是怎么回事呢？,量 子 力 学,相 对 论,微 观 领 域,高
2、 速 领 域,经 典力 学,材料鉴赏,第十七章：波粒二象性,17.1 能 量 量 子 化,在火炉旁边有什么感觉？,投在炉中的铁块开始是什么颜色?过一会又是什么颜色?,暗红,橘红,黄白色,看不出发光,1.概念:一切物体都在辐射电磁波,这种辐射与物 体的温度有关,所以叫做热辐射.,一 . 热辐射,2.特点:辐射强度及波长成分的分布随温度变化; 随着温度的升高,电磁波的短波成分增加.,室温时波长较长的电磁波;高温时波长较短的电磁波.,红外光,可见光,紫外光,固体在温度升高时颜色的变化,例如：铁块温度 从看不出发光到暗红经橘红直到黄白色,3.热辐射的原因：物体中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近
3、以各种不同频率做无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱.,一 . 热辐射,4.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.,向外发射的电磁波能量 = 从外界吸收的能量,从远处观察打开的窗子近似黑色,从远处观察教学楼,打开的窗子与关闭的窗子有什么不同?为什么?,二 . 黑体与黑体辐射,1.定义:如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,则称这种物体为绝对黑体,简称黑体.,物 体,辐射电磁波,吸收电磁波,反射电磁波,不透明材料制成的空腔上的小孔,二 . 黑
4、体与黑体辐射,物 体,辐射电磁波,吸收电磁波,反射电磁波,一般物体的辐射与温度、材料的种类及表面状况有关；,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，因而反映了某种具有普遍意义的客观规律。,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. 测量黑体辐射的实验原理图,三 . 黑体辐射的实验规律,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。（了解）,特点：随温度的升高,2. 辐射强度,三 . 黑体辐射的实验规律,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.,各种波长的辐射强度都在增加；,3. 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
5、云,三 . 黑体辐射的实验规律,2) 瑞利 金斯公式：长波符合，短波荒唐 紫外灾难,h = 6.62610 34 Js 普朗克常量,四 . 能量子：超牛顿的发现,普朗克能量子假说,1. 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 = n (n = 1，2， ),2. 叫能量子,简称量子,n 为量子数,它只取正整数 能量量子化;,3. 带电微粒只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量；,4. 对于频率为 的谐振子，最小能量为： = h ,普朗克公式与实验结果的比较,四 . 能量子：超牛顿的发现,普朗克,能量量子化 物理学的新纪元,能量量子化牛顿之后物理学最伟大的发
6、现之一,跨出了真正说明物质世界量子性的第一步,爱因斯坦,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到微观领域,为量子力学的诞生奠定了基础.1918年他荣获诺贝尔物理学奖.,死后他的墓碑上只刻着他的姓名和 h = 6.62610 34 Js,科学视野,1. 热辐射现象,2. 黑体与黑体辐射 黑体：吸收而不反射电磁波,3. 黑体辐射的实验规律 温度升高，辐射强度增加，强度的极
7、大值向波长较短的方向移动,4. 能量子：超越牛顿的发现,5. 普朗克能量子理论成功解释黑体辐射 =h h=6.62610-34Js 普朗克常量,课堂总结,1. 下列叙述正确的是 ( )A. 一切物体都在辐射电磁波B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,ACD,课堂测试,2.炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?,根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度。,课堂测试,3. 对应于3.4l0 19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？,解：根据公式 = h 和 = 得：, = = 5.131014 Hz, = = 5.8510 7 m,课堂测试,
