第17章 第1节能量量子化课件 18张PPT

(共18张PPT)
经典物理对热辐射解释：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作无规则的微振动，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。
任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射。
室温时
波长较长的电磁波
高温
波长较短的电磁波
热辐射的主要成分:
辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。
一、热辐射
紫
靛
电磁波谱分布示意图
电磁波谱
固体在温度升高时颜色的变化
1400
K
800
K
1000
K
1200
K
思考：课本图2-4
注意：
热辐射与温度有关还与材料种类有关。
太阳光
白炽灯中光的发射属于热辐射
激光
不是热辐射
这种假设的物体称为黑体。
无任何反射
T
T
（随物而异）
能全部吸收入射各种波长的辐射能
发射各种波长的热辐射能
。
二、黑体与黑体辐射
黑体：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
黑体的实验模型
开
一
小
孔
通过小孔进入腔内
的辐射能
几乎全被腔壁吸收
反射回小孔出射的机会极少，
小孔表面好比黑体
（吸收全部入射的辐射能而无反射）
对空腔加热
至某热平衡温度
对空腔加热
至某热平衡温度
不透明材料空腔
不透明材料空腔
T
T
黑体是理想化模型。
黑体辐射：
辐射电磁波强度只与温度有关，与
组成黑体的材料，形状无关。
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
平衡态时
黑体辐射只依赖于物体的温度,与构成黑体的材料
形状无关
三、黑体辐射的实验规律
实验结论:
1.温度越高,辐射能越大;
2.与最大辐射能对应的波长向短波方向移动
4)
经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线
1）维恩的半经验公式：
公式适合于短波波段，
长波波段与实验偏离。
公式只适用于长波段,
而在紫外区与实验不符,
----紫外灾难
2）瑞利----金斯公式
玻尔兹曼常数
k
=1.380658?10-23J/K
实验
瑞利-琼斯线
维恩线
T=1646k
“紫外灾难”
维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区与实验偏离很大；瑞利公式在短波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于零时，辐射竞变成无穷大，这显然是荒谬的，由于长波很小的辐射处在紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”。
三、能量子
超越牛顿的发现
微观世界的某些规律，在我们宏观世界看来可能非常奇怪。
1、
能量子
振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值E的整数倍。
2．能量子的大小：
E叫能量子，简称量子，
n为量子数，它只取正整数——能量量子化
h=6.63?
J
.S。----普朗克常数
四、普朗克能量子假说
3．能量量子化：微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量.
借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好．
普朗克在1900年把“能量子”引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。
实验
瑞利-琼斯线
维恩线
T=1646k
普朗克线
普朗克的拟合结果
四、能量子：超越牛顿的发现
意义：
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。
能量
量子
经典
1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一,
为我们打开了量子之门,
就在1900年，一个名叫爱因斯坦(Albert
Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效应.
能量量子化:物理学的新纪元