1、能量量子化材料鑒賞： 19世紀末，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，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。 在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的Maxwell方程。 另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規律-能量轉化與守恒定律。 當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發展到頭了。 1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發言: 但開爾文畢竟是一位重視現實和有眼力的科學家，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，還有兩朵令人不安的烏云，”William Thom

2、son, 1st Baron Kelvin 科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。 (開爾文)這兩朵烏云是指什么呢？ 黑體輻射實驗邁克爾遜-莫雷實驗 后來的事實證明，正是這兩朵烏云發展成為一埸革命的風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。 普朗克量子力學的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域高速領域經典力學在火爐旁邊有什么感覺?投在爐中的鐵塊開始是什么顏色?過一會有是什么顏色?思考與討論1:1.概念：固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發而發射電磁波的現象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特

3、征與溫度有關。固體在溫度升高時顏色的變化1400K800K1000K1200K 例如：鐵塊 溫度 從看不出發光到暗紅到橙色到黃白色一、熱輻射現象 無論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，所輻射的能量及波長的分布都隨溫度而變化。例如，鐵塊隨著溫度升高： 現象：不發光暗紅赤紅橘紅黃白色3.熱平衡狀態：物體的溫度恒定時，物體所吸收的能量等于在同一時間內輻射的能量，這時得到的輻射稱為平衡熱輻射。2.特點：輻射強度及波長的分布隨溫度變化; 隨著溫度升高,電磁波的短波成分增加. 一、熱輻射現象 注意： 激光、日光燈發光不是熱輻射物體表面能夠吸收和反射外界射來的電磁波。如果一個物體在任何溫度下，對任何波長的

4、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。不透明材料制成的帶小孔的空腔。一座建設中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內已經粉刷，如果從遠處看窗內，你會發現什么？為什么？思考與討論2:二、黑體與黑體輻射幾點說明：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。 對于黑體，在相同溫度下的輻射規律是相同的。一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關，但黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關。二、黑體與黑體輻射1.測量黑體輻射的實驗原理圖： 加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不同溫度下的黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。三、黑體輻射的實驗規律研究黑體輻射的

5、規律是了解一般物體熱輻射性質的基礎 平行光管三棱鏡TT單位時間內從物體單位面積上所發射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。特點：隨溫度的升高各種波長的輻射強度都在增加； 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輻射強度三、黑體輻射的實驗規律2.輻射強度：3.經典物理學所遇到的困難解釋實驗曲線一朵令人不安的烏云1)維恩的半經驗公式：短波符合;長波不符合2)瑞利-金斯公式：長波符合;短波荒唐-紫外災難三、黑體輻射的實驗規律維恩線紫 外 災 難 0實驗值/m12345678瑞利-金斯線 1.普朗克能量子假說2.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倍 E=ne

6、 n=1,2,3. e叫能量子，簡稱量子，n為量子數，它只取正整數能量量子化 4.諧振子只能一份一份按不連續方式輻射或吸收能量5.對于頻率為n的諧振子，最小能量為：e=hn h=6.62610-34Js 普朗克常量 四、能量子：超越牛頓的發現能量量子經典意義：（閱讀書本p29） Planck拋棄了經典物理中的能量可連續變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，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的方式進行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創物理學研究新局面，標志著人類對自然規律的認識已經從從宏觀領域進入微觀領域，為量子力學的誕生奠定了基礎。黑體輻射公式：

7、 1900年10月19日，普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式M.Planck 德國人 18581947維恩線紫 外 災 難 0實驗值/m12345678瑞利-金斯線 普朗克五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射黑體輻射的研究卓有成效地展現在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發現一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，J.Thomson發現了電子 ，此時，人們認識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(photoe

8、lectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現什么結果？ 普朗克后來又為這種與經典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經過十多年的努力證明任何復歸于經典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信 h 的引入確實反映了新理論的本質。 1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。 死后他的墓碑上只刻著他的姓名和 問題: 既然燈向外輻射的光能是分立的，一份份的。 為何我們看不到燈的亮度發生變化？結論：1.在宏觀尺度內研究物體的運動時我們可以認為：物體的運動是連續的,能量變化是連續的,不必考慮量子化2.在研究微觀粒子時必需考慮能量量子化問題與討論普朗克理論:

9、 能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。能量是h 的整數倍。每份能量為: E=h【例1】下列敘述正確的是（ ） A一切物體都在輻射電磁波 B一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關 C黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關 D黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波ACD【例2】煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內的顏色，就可以估計出爐內的溫度，這是根據什么道理? 答案 根據熱輻射的規律可知，當物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、綠、藍、紫等光的成分就增多。因此可根據爐內光的顏色大致估計爐

10、內的溫度【例3】對應于3.4l0-l9J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？它是什么顏色？解析 根據公式=h和=c/得 =/h=5.131014Hz =c/=5.8510-7Hz 5.1310-14Hz的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長為5.85l07m。1900年12月14日，普朗克在柏林宣讀了他關于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他42歲。普朗克把能量子引入物理學,正確地破除了”能量連續變化”的傳統觀念,成為現代物理學思想的基石之一, 為我們打開了量子之門,就在1900年，一個名叫愛因斯坦(Albert Einstein)的青年從蘇黎世聯邦工業大學(ETH)畢業，正在

11、為將來的生活發愁。5年后他受量子化啟發提出了光量子,成功的解釋了光電效應.能量量子化:物理學的新紀元就在那一年,在丹麥，15歲的玻爾(Niels Bohr)正在哥本哈根的中學里讀書。玻爾有著好動的性格。學習方面，他在數學和科學方面顯示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齒和慘不忍睹的作文卻是全校有名。13年后他提出了原子軌道量子化.德布羅意(Louis de Broglie)當時8歲，還正在家里接受良好的幼年教育。后來他提出了物質波.再過12個月，維爾茲堡(Wurzberg)的一位著名希臘文學教授就要喜滋滋地看著他的寶貝兒子小海森堡(Werner Karl Heisenberg)呱呱墜地。以上人物

12、都將在我們的課文中出現.請同學們記住他們的名字.能量量子化:物理學的新紀元課堂練習2.在白天,對面樓房的窗戶看上去是黑色的，而外墻面是亮的，為什么?3.光源發出的光能是一份一份的，那么每份光能是怎樣傳到你的眼睛里呢？是均勻分布在兩只眼睛里？還是每份只傳給一只眼睛上的某一處呢？請你與同桌討論一下,說說你的猜想.1.燈向外輻射的能量是最小能量的整數倍。那么紅光的最小能量比紫光的最小能量大還是小?聯想根據物理課本知識，物體的所帶電量是基本電荷的整數倍，但現代科學發現：有的基本粒子所帶電量是基本電荷的分數倍。 普朗克提出了能量是最小能量h的整數倍，那么該最小能量還能再分嗎？如果能分，又是按怎樣的規律分

13、呢? 1900年12月14日普朗克在德國物理學會上報告了自己的研究結果，他的公式受到歡迎，但他的能量子假說，卻受到冷遇，當時沒有人相信他的假說。能量子假說的提出，給經典物理學打開了一個缺口，為量子物理學安放了一塊奠基石，宣告量子物理學的誕生。小資料庫 能量的變化竟然是不連續的，這與物理學界幾百年來信奉的“自然界無跳躍”的原則直接矛盾，因此量子論出現之后，許多物理學家不予接受。量子論的出現，物理學界最初的反應是極其冷淡的。人們只承認普朗克那個同實驗一致的經驗性的輻射公式，而不承認他的理論性的量子假說。遺憾的是，普朗克雖然發現了能量子，但他不能理解這一發現的意義，對自己的發現長期惴惴不安。在發現能

14、量子之后的長達年時間，他總想退回到經典物理學的立場。他曾在散步時對兒子說：“我現在做的事情，要么毫無意義，要么可能成為牛頓以后物理學上最大的發現。”普朗克在做出量子假說時已年過四十。他受過嚴格的經典物理學訓練，對經典物理學十分熟悉和熱愛。他不愿意同經典物理學決裂，只是迫于事實的壓力，才不得不做出能量子的假說。他的能量子假說是不徹底的，他的理論還是以承認電磁波本身的連續性為基礎的。他把自己的量子假說僅僅局限于振子對電磁波的吸收和發射的特殊性上。年，愛因斯坦提出光量子假說，成功地解釋了光電效應；年，他又將量子理論運用到固體比熱問題，獲得成功；年，玻爾將量子理論引入到原子結構理論中，克服了經典理論解釋原