波粒二象性

实验结果
在新的理论诞生之 前，人们很自然地要依 据热力学和电磁学规律 来解释。德国物理学家 维恩和英国物理学家瑞 利分别提出了辐射强度 按波长分布的理论公式。 结果导致理论与实验规 律不符，甚至得出了非 常荒谬的结论，当时被 称为“紫外灾难”。
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。
3、平衡热辐射
加热一物体、当物体的温度恒定时。 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 zx```xk
二. 黑体辐射实验规律 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。
黑体模型
黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高， 一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面， 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来 的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不 一样的。
黑体：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的 物体，称为绝对黑体，简称黑体。
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
黑赖平 体于衡 的物态 材体时 料的， 、温黑 形度体 状，辐 无与射 关构只 。成依
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
h6 .62 16 3 0 焦 4 秒
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
一朵令人不安的乌云。 Z```xxk
M0(T)
实验值
紫
普朗 克线
外 灾 难
瑞利--金斯线
维恩线
o1 2 3 4 5
6 78
/μm
三、能量子：超越牛顿的发现
利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬 的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量 子概念。
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来自百度文库观 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。
1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和
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， 汤姆孙发现了电子 ，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？下面，我们就继续学习“科学的 转折：光的粒子性”
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胜利之中。他们认为物理 学已经发展到头了。 Z`xxk
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家 威廉·汤姆孙(开尔文勋爵)作了展望新世纪的发言:
一、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。 Zx```xk
T=t+2730C
固体在温度升高时颜色的变化
800k
1000k
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热辐射特点：辐射电磁波强度按波长分布情况随物 体的温度不同而有所不同。
高中物理 选修 3-5
第十七章 波粒二象性
17.1 能量量子化
科学的历史不仅是一连串 的事实、规则和随之而来的数 学描述，它是一部概念的历史。 当我们进入一个新的领域时， 常常需要新的概念。
——普朗克
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19世纪末，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
这两朵乌云是指什么呢？
一朵与黑体辐射有关，
一朵与迈克尔逊实验有关。
Michelson
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。”
“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！
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，——”
1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说： 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数 倍。例如，可能是ε或2ε，3ε， ... ... 当带电微粒辐射或吸 收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射 或吸收的。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子 （energy quantum）
hν电磁波的频率 h是一个常数，后被称为普朗克常数。
e0(,T)
实验值
普朗克线
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
M(T)2cπ2heh/k3T1
h6.6 3 1 3 0J 4s
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 z```xxk
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