高中物理：《能量量子化：物理学的新纪元》

2πh 3
M (T ) c2 eh /kT 1
h 6.551034 Js
M.Planck 德国人 1858－1947
普朗克后来又为这种与经典物理格格不入 的观念深感不安,只是在经过十多年的努力证 明任何复归于经典物理的企图都以失败而告 终之后,他才坚定地相信h的引入确实反映了 新理论的本质。
实验值 一朵令人不安的乌云。
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
百度文库o1 2 3 4 5
6 78
/μm
3.能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看
作谐振子,这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是 这些谐振子只能处于某些分立的状态,在这些状态中 ,谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任 意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子
二、平衡热辐射 加热一物体 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
2. 黑体辐射实验规律
能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射,折
射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作 黑体。
研究黑体辐射的规 律是了解一般物体热 辐射性质的基础。
17.1《能量量子化： 物理学的新纪元》
教学目标
▪ 1、知识与技能： （1）了解什么是热辐射及热辐射的特性,了解黑体
与黑体辐射
（2）了解黑体辐射的实验规律,了解黑体热辐射的 强度与波长的关系
（3）了解能量子的概念 ▪ 2、过程与方法： ▪ 了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和
微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深 化了人们对于物质世界的认识。
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
2. 对热辐射的初步认识
任何物体任何温度均存在热辐射
温度 发射的能量 电磁波的短波成分
如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯
昏黄色
贼亮 刺眼
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 注意： 热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射
）的整数倍,即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε.
n为正整数,称为量子数。
对于频率为ν的谐振子最小能量为
能量
h
经典 量子
e0(,T )
实验值
普朗克
1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
1.黑体辐射公式 1900.10.19 普朗克在德国 物理学会会议上提出一个 黑体辐射公式
胜利之中。他们认为物理学已经发展到 头了。
1900年,在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋 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-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！
黑体模型
黑体模型 空腔上的小孔 炼钢炉上的小洞
向远处观察打开 的窗子 近似黑体
形体平 状的衡 无温态 关度时
,
与 构
黑 体
成辐
黑 体
射 只
的依
材 料
赖 于
物
实验装置 TT
平行光管 三棱镜
e0(,T )
实验结果
λ
0 1 2 3 4 5 6 (μm)
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
M 0 (T )
黑体与 黑体辐射
1. 热辐射现象
固体或液体,在任何温度下都在发射各种波长的 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
800K
1000K
1200K
1400K
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 温度不同时 辐射的波长分布不同
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
h 6.6261034 焦 秒
黑体辐射的研究卓有成效地展现
在人们的眼前,紫外灾难的疑点找到 了,为人类解决了一大难题。使热爱 科学的人们又一次倍感欣慰,但真理 与谬误之争就此平息了吗？
物理难题：1888年,霍瓦(Hallwachs)发现 一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。 近10年以后,1897年,J.Thomson发现了电 子 ,此时,人们认识到那就是从金属表面射 出的电子,后来,这些电子被称作光电子 (photoelectron),相应的效应叫做光电效应。 人们本着对光的完美理论（光的波动性、 电磁理论）进行解释会出现什么结果？
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？
一朵与黑体辐射有关,
另一朵与迈克尔逊实验有关。
然而, 事隔不到一年(1900年底),就从第 一朵乌云中降生了量子论,紧接着
(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。 经典物理学的大厦被彻底动摇,物理学发 展到了一个更为辽阔的领域。正可谓 “山重水复疑无路, 柳暗花明又一村
▪ 3、情感态度与价值观： ▪ 领略自然界的奇妙与和谐,发展对科学的好奇心与
求知欲,乐于探究自然界的奥秘,能体验探索自然规 律的艰辛与喜悦。
▪ 【重点难点】 ▪ 1、重点: ▪ 能量子的概念 ▪ 2、难点: ▪ 黑体辐射的实验规律
19世纪末页,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