能量量子化物理学的新纪元PPT省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1页页 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长电磁波，这种因为物体中分子、原子受到激发而发电磁波，这种因为物体中分子、原子受到激发而发射电磁波现象称为热辐射。所辐射电磁波特征仅与射电磁波现象称为热辐射。所辐射电磁波特征仅与温度相关。温度相关。固体在温度升高时颜色改变固体在温度升高时颜色改变1400K物体辐射总能量及强度按波长分布都决定于温度。物体辐射总能量及强度按波长分布都决定于温度。800K1000K1200K1.1.1.1.热辐射现象热辐射现象热辐射现象热辐射现象一、经典物理麻烦一、经典物理麻烦第第2页页不过强度不一样。不过强度不一样。热辐射强度按波长热辐射强度按波长(频率频率)分布和温度相关，分布和温度相关，高温物体发出是高温物体发出是紫外光。紫外光。炽热物体发出是炽热物体发出是可见光，可见光，低温物体发出是低温物体发出是红外光，红外光，温度温度 短波长电磁波百分比短波长电磁波百分比 。任何物体（气、液、固）在任何温度下，任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。都会有热辐射。热辐射波谱是热辐射波谱是连续谱，连续谱，各种波长各种波长(频率频率)都有，都有，第第3页页2.黑体及黑体辐射黑体及黑体辐射理想热辐射体是理想热辐射体是“绝对黑体绝对黑体”，简称，简称“黑黑体体”，它是在任何温度下都能全部吸收落在它，它是在任何温度下都能全部吸收落在它上面一切辐射理想物体。上面一切辐射理想物体。1895年，维年，维恩首先指出，绝恩首先指出，绝对黑体能够用一对黑体能够用一个带有小孔辐射个带有小孔辐射空腔（见图空腔（见图)来来实现实现当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分经过小孔逸出。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分经过小孔逸出。第第4页页 由空腔辐射体单色辐出度与由空腔辐射体单色辐出度与波长能谱曲线可知：波长能谱曲线可知：1）每一条曲线都有一个极）每一条曲线都有一个极大值大值,对应波长为对应波长为m。2）伴随温度升高，黑体总）伴随温度升高，黑体总辐出度快速增大，而且曲线辐出度快速增大，而且曲线极大值点逐步向短波方向移极大值点逐步向短波方向移动。动。3.黑体辐射规律黑体辐射规律第第5页页 瑞利瑞利金斯公式在金斯公式在长波部分与试验结果长波部分与试验结果比较吻合。但在紫外比较吻合。但在紫外区竟算得单色辐出度区竟算得单色辐出度为无穷大为无穷大所谓所谓“紫紫外灾难外灾难”。利用经典理论无法解释黑体辐射现象。正如19开耳文指出晴朗物理学理论大厦上空，飞来“两朵乌云”之一，它动摇了经典物理基础。瑞利瑞利-金斯金斯维恩理论值维恩理论值试验试验T=1646k维恩公式在短波部分维恩公式在短波部分与试验结果吻合得很与试验结果吻合得很好，但长波却不行。好，但长波却不行。第第6页页 空腔壁上振动着带电微粒所吸收或发射能量只能是空腔壁上振动着带电微粒所吸收或发射能量只能是 h 整数倍，整数倍，微粒只能一份一份地按不连续方式辐射或微粒只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量吸收能量。普朗克常数普朗克常数 h=6.6261034JS 自然界存在着能量最基本单元（能量子自然界存在着能量最基本单元（能量子=h);为了能够从理论上推导出这个公式，普朗克提出了为了能够从理论上推导出这个公式，普朗克提出了一个与经典物理学概念截然不一样一个与经典物理学概念截然不一样“能量子能量子”假设：假设：二、普朗克能量子假设二、普朗克能量子假设第第7页页 图中热辐射曲线就是依照普朗克计及能量子假设而导出辐射公式画成，与黑体辐射试验结果相符合。第第8页页1912月14日普朗克在德国物理学会上汇报了自己研究结果，他公式受到欢迎，但他能量子假说，却受到冷遇，当初没有些人相信他假说。能量子假说提出，给经典物理学打开了一个缺口，为量子物理学安放了一块奠基石，宣告量子物理学诞生。第第9页页能量改变竟然是不连续，这与物理学界能量改变竟然是不连续，这与物理学界几百年来信仰几百年来信仰“自然界无跳跃自然界无跳跃”标准直接标准直接矛盾，所以量子论出现之后，许多物理学矛盾，所以量子论出现之后，许多物理学家不予接收。量子论出现，物理学界最初家不予接收。量子论出现，物理学界最初反应是极其冷淡。人们只认可普朗克那个反应是极其冷淡。人们只认可普朗克那个同试验一致经验性辐射公式，而不认可他同试验一致经验性辐射公式，而不认可他理论性量子假说。理论性量子假说。第第10页页 遗憾是，普朗克即使发觉了能量子，遗憾是，普朗克即使发觉了能量子，但他不能了解这一发觉意义，对自己但他不能了解这一发觉意义，对自己发觉长久惴惴不安。在发觉能量子之发觉长久惴惴不安。在发觉能量子之后长达年时间，他总想退回到经后长达年时间，他总想退回到经典物理学立场。他曾在散步时对儿子典物理学立场。他曾在散步时对儿子说：说：“我现在做事情，要么毫无意义，我现在做事情，要么毫无意义，要么可能成为牛顿以后物理学上最大要么可能成为牛顿以后物理学上最大发觉。发觉。”第第11页页 普朗克在做出量子假说时已年过四十。普朗克在做出量子假说时已年过四十。他受过严格经典物理学训练，对经典物理学他受过严格经典物理学训练，对经典物理学十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理学决十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理学决裂，只是迫于事实压力，才不得不做出能量裂，只是迫于事实压力，才不得不做出能量子假说。他能量子假说是不彻底，他理论还子假说。他能量子假说是不彻底，他理论还是以认可电磁波本身连续性为基础。他把自是以认可电磁波本身连续性为基础。他把自己量子假说仅仅局限于振子对电磁波吸收和己量子假说仅仅局限于振子对电磁波吸收和发射特殊性上。发射特殊性上。第第12页页年，爱因斯坦提出光量子假说，年，爱因斯坦提出光量子假说，成功地解释了光电效应；年，他又将成功地解释了光电效应；年，他又将量子理论利用到固体比热问题，取得成功；量子理论利用到固体比热问题，取得成功；年，玻尔将量子理论引入到原子结构理年，玻尔将量子理论引入到原子结构理论中，克服了经典理论解释原子稳定性困难，论中，克服了经典理论解释原子稳定性困难，建立了他原子结构模型，取得了原子物理学划建立了他原子结构模型，取得了原子物理学划时代进展；年，康普顿经过试验最终时代进展；年，康普顿经过试验最终使物理学家们确认光量子图景实在性，从而使使物理学家们确认光量子图景实在性，从而使量子理论得到科学界普遍认可。量子理论得到科学界普遍认可。第第13页页面对量子论发展与成功，以及科学界批评，普朗克最终放弃了倒退立场。19，在诺贝尔奖颁奖仪式上，他作了题为量子理论创建和当前发展情况演讲，演讲中他说：“我以为整个发展过程似乎是为歌德在很久以前所说一句名言提供了一个新证实，这句名言是：人要奋斗就要有错误。”第第14页页