17.1《能量量子化》教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能：（1）了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射（2）了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系（3）了解能量子的概念2、過(guò)程與方法：了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂(lè)于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn):

能量子的概念2、難點(diǎn):

黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。

1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開(kāi)爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言:

“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！?/p>

--開(kāi)爾文--也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！

但開(kāi)爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：

“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)(光速不變?cè)?。）然?事隔不到一年(1900年底)，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著(1905年)從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”

一切物體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)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(shí)顏色的變化1400K800K1000K1200K1.熱輻射現(xiàn)象一、黑體與黑體輻射

2.熱輻射的特點(diǎn)

由于分子熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致物體輻射電磁波

a.溫度不同時(shí)輻射的波長(zhǎng)分布不同

例如：鐵塊溫度

從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色這種與溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射

b.熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程3.對(duì)熱輻射的初步認(rèn)識(shí)任何物體任何溫度均存在熱輻射溫度

發(fā)射的能量

電磁波的短波成分

如一個(gè)20瓦的白熾燈和一個(gè)200瓦的白熾燈昏黃色賊亮刺眼直覺(jué):

低溫物體發(fā)出的是紅外光熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光高溫物體發(fā)出的是紫外光注意：

熱輻射與溫度有關(guān)激光日光燈發(fā)光不是熱輻射

能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為絕對(duì)黑體。簡(jiǎn)稱黑體二、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。黑體模型

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)。黑體模型空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞向遠(yuǎn)處觀察打開(kāi)的窗子近似黑體

黑體輻射只依賴于物體的溫度,與構(gòu)成黑體的材料形狀無(wú)關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置T平行光管三棱鏡T0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K實(shí)驗(yàn)結(jié)果o實(shí)驗(yàn)值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災(zāi)難普朗克線12345678黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。三、能量子普朗克能量子假說(shuō)振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整數(shù)倍。例如，可能是ε或2ε,3ε,...當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份的輻射或吸收的。這個(gè)不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

對(duì)于頻率為ν的帶電微粒最小能量為能量量子經(jīng)典λ(μm)123568947普朗克實(shí)驗(yàn)值普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式1.黑體輻射公式

普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式M.Planck

德國(guó)人1858－1947

普朗克后來(lái)又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過(guò)十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。

1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

他的墓碑上只刻著他的姓名和

黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛(ài)科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭(zhēng)就此平息了嗎？物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電。近10年以后，1897年，J