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,,第十七章 波粒二象性,第1節(jié) 能量量子化,在火爐旁邊有什么感覺？ 投在爐中的鐵塊開始是什么顏色？過一會有是什么顏色？,加熱鐵,1. 概念：固體或液體，在任何溫度下都在輻射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。,固體在溫度升高時顏色的變化,例如：鐵塊 溫度? 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色。,2. 原因：大量帶電粒子的無規(guī)則熱運動引起的。物體中每個分子、原子或離子都在各自平衡位置附近以各種不同頻率做無規(guī)則的微振動，每個帶電微粒的振動都會產(chǎn)生變化的電磁場，從而向外輻射各種波長的電磁波，形成連續(xù)的電磁波譜。,3. 特點：輻射強度及波長的分布隨溫度變化；隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加。,注意： 激光、日光燈發(fā)光不是熱輻射。,直覺: 低溫物體發(fā)出的是紅外光； 熾熱物體發(fā)出的是可見光； 高溫物體發(fā)出的是紫外光。,4. 熱輻射的主要成分：室溫時，波長較長的電磁波；高溫時，波長較短的電磁波。,5. 熱平衡狀態(tài)：物體的溫度恒定時，物體所吸收的能量等于在同一時間內(nèi)輻射的能量，這時得到的輻射稱為平衡熱輻射。,向外發(fā)射的電磁波能量 = 從外界吸收的能量,一座建設(shè)中的樓房還沒安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看窗內(nèi)，你會發(fā)現(xiàn)什么？為什么？,向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑色,物體表面能夠吸收和反射外界射來的電磁波。 如果一個物體在任何溫度下，對任何波長的電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對黑體，簡稱黑體。,黑體模型,二、黑體與黑體輻射,1. 黑體是個理想化的模型。 例：開孔的空腔，遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體 2. 對于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。 3. 一般物體的輻射與溫度、材料、表面狀況有關(guān)，但黑體 輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。,1. 測量黑體輻射的實驗原理圖 加熱空腔使其溫度升高，空腔就成了不同溫度下的 黑體，從小孔向外的輻射就是黑體輻射。,研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ),三、黑體輻射的實驗規(guī)律,單位時間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長的總輻射能，稱為輻射強度。,特點：隨溫度的升高 ①各種波長的輻射強度都在增加； ②絕對黑體的溫度升高時，輻射強度的最大值向短波方向移動。,2. 輻射強度,3. 經(jīng)典物理學(xué)所遇到的困難 解釋實驗曲線 ── 一朵令人不安的烏云,1) 維恩的半經(jīng)驗公式： 短波符合，長波不符合 2) 瑞利 ─ 金斯公式： 長波符合，短波荒唐 ── 紫外災(zāi)難,普朗克能量子假說 1. 輻射物體中包含大量振動著的帶電 微粒，它們的能量是某一最小能量 的整數(shù)倍：E = nε n = 1，2，… 2. ε 叫能量子，簡稱量子，n 為量子數(shù)，它只取正整數(shù) — 能 量量子化； 3. 諧振子只能一份一份按不連續(xù)方式輻射或吸收能量； 4. 對于頻率為 ν 的諧振子，最小能量為：ε = hν,h = 6.626?10 ─34 Js — 普朗克常量,四、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn),黑體輻射公式 1900 年 10 月19 日，普朗克在 德國物理學(xué)會會議上提出一個黑體 輻射公式,M.Planck 德國人 1858－1947,五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射,,五、普朗克能量子理論成功解釋黑體輻射,普朗克,能量量子化 ─ 物理學(xué)的新紀(jì)元,牛頓以來物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一,跨出了真正說明物質(zhì)世界量子性的第一步,愛因斯坦,Planck 拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對自然規(guī)律的認(rèn)識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。,死后他的墓碑上只刻著他的姓名和 h = 6.626?10 ─34 Js,1. 下列敘述正確的是 ( ) A. 一切物體都在輻射電磁波 B. 一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān) C. 黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫 度有關(guān) D. 黑體能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波,ACD,2. 煉鋼工人通過觀察煉鋼爐內(nèi)的顏色，就可以估計出爐內(nèi)的溫度，這是根據(jù)什么道理?,根據(jù)熱輻射的規(guī)律可知，當(dāng)物體的溫度升高時，熱輻射中較短波長的成分越來越強，可見光所占份額增大，溫度越高紅光成分減少，頻率比紅光大的其他顏色的光，為橙、黃、綠、藍(lán)、紫等光的成分就增多。因此可根據(jù)爐內(nèi)光的顏色大致估計爐內(nèi)的溫度。,3. 對應(yīng)于3.4l0 ─19 J 的能量子，其電磁輻射的頻率和波長各是多少？它是什么顏色？,解：根據(jù)公式 ε = hν 和 ν = c/λ 得 ν = ε/h = 5.131014 Hz λ = c/ν = 5.8510 ─ 7 m 5.1310 ─ 14 Hz 的頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光， 其波長為 5.85l0─7 m。,