17.1能量量子化.ppt
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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？
加热铁
1. 概念：固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波 的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800 K
1000 K
1200 K
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
2πh ? 3
M(T) ? c2 eh? kT ? 1
h = 6.626? 10 ─34 J·s
M.Planck 德国人 1858 －1947
M ?? ,T ? 实验值
瑞
紫
利
外─
灾 难
金 斯 线
2πh ? 3
向外发射的电磁波能量 = 从外界吸收的能量
一座建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？
向远处观察打开的窗子近似黑色
不透明材料 制成的带小孔的空腔
空腔上的小孔
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。
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
T
空腔
平行光管
三棱镜
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。
特点：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。
解：根据公式 ε = hν 和 ν = c/λ 得 ν = ε/h = 5.13× 1014 Hz λ = c/ν = 5.85× 10 ─ 7 m 5.13× 10 ─ 14 Hz 的频率属于黄光的频率范围，它是黄光， 其波长为 5.85× l0─7 m。
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。
4. 热辐射的主要成分： 室温时，波长较长的电磁波；高 温时，波长较短的电磁波。
直觉: 低温物体发出的是红外光；
炽热物体发出的是 可见光；
高温物体发出的是 紫外光。
5. 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。
死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h = 6.626? 10 ─ 34 J·s
1. 下列叙述正确的是 ( ACD )
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
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 ?
3. 经典物理学所遇到的困难
解释实验曲线 ── 一朵令人不安的乌云
M ?? ,T ? 实验值
瑞
紫
利
外─
灾 难
金 斯 线
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
维恩线 0 1 2 3 4 5 67 8
? /μm
普朗克能量子假说 1. 辐射物体中包含大量振动着的带电
1400 K
Hale Waihona Puke Baidu
例如：铁块 温度? 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色。
2. 原因：大量带电粒子的无规则热运动引起的。物体中每个
分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率做
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。
3. 特点：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度 升高，电磁波的短波成分增加。
微粒，它们的能量是某一最小能量 的整数倍：E = nε n = 1，2，…
能 量
经典 量子
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；
3. 谐振子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 ν 的谐振子，最小能量为：ε = hν
h = 6.626? 10 ─34 J·s — 普朗克常量
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。
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
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。
3. 对应于3.4× l0 ─19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波 长各是多少？它是什么颜色？
M(T) ? c2 eh? kT ? 1
h = 6.626? 10 ─34 J·s
维恩线
普朗克
0123 4 5 67 8
λ/μm
爱
普
因
朗
斯
克
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从宏观 领域进入微观领域，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。
加热铁
1. 概念：固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长的电 磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波 的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800 K
1000 K
1200 K
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
2πh ? 3
M(T) ? c2 eh? kT ? 1
h = 6.626? 10 ─34 J·s
M.Planck 德国人 1858 －1947
M ?? ,T ? 实验值
瑞
紫
利
外─
灾 难
金 斯 线
2πh ? 3
向外发射的电磁波能量 = 从外界吸收的能量
一座建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？
向远处观察打开的窗子近似黑色
不透明材料 制成的带小孔的空腔
空腔上的小孔
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。
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
T
空腔
平行光管
三棱镜
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。
特点：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。
解：根据公式 ε = hν 和 ν = c/λ 得 ν = ε/h = 5.13× 1014 Hz λ = c/ν = 5.85× 10 ─ 7 m 5.13× 10 ─ 14 Hz 的频率属于黄光的频率范围，它是黄光， 其波长为 5.85× l0─7 m。
注意： 激光、日光灯发光不是热辐射。
4. 热辐射的主要成分： 室温时，波长较长的电磁波；高 温时，波长较短的电磁波。
直觉: 低温物体发出的是红外光；
炽热物体发出的是 可见光；
高温物体发出的是 紫外光。
5. 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。
死后他的墓碑上只刻着他的姓名和
h = 6.626? 10 ─ 34 J·s
1. 下列叙述正确的是 ( ACD )
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
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 ?
3. 经典物理学所遇到的困难
解释实验曲线 ── 一朵令人不安的乌云
M ?? ,T ? 实验值
瑞
紫
利
外─
灾 难
金 斯 线
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
维恩线 0 1 2 3 4 5 67 8
? /μm
普朗克能量子假说 1. 辐射物体中包含大量振动着的带电
1400 K
Hale Waihona Puke Baidu
例如：铁块 温度? 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色。
2. 原因：大量带电粒子的无规则热运动引起的。物体中每个
分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率做
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。
3. 特点：辐射强度及波长的分布随温度变化；随着温度 升高，电磁波的短波成分增加。
微粒，它们的能量是某一最小能量 的整数倍：E = nε n = 1，2，…
能 量
经典 量子
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；
3. 谐振子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 ν 的谐振子，最小能量为：ε = hν
h = 6.626? 10 ─34 J·s — 普朗克常量
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。
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
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。
3. 对应于3.4× l0 ─19 J 的能量子，其电磁辐射的频率和波 长各是多少？它是什么颜色？
M(T) ? c2 eh? kT ? 1
h = 6.626? 10 ─34 J·s
维恩线
普朗克
0123 4 5 67 8
λ/μm
爱
普
因
朗
斯
克
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从宏观 领域进入微观领域，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。