1、,無錫市第一中學,1,19世紀末，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機械運動方面獲得巨大成就。在熱學方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學方面，建立了能推斷一切電磁現(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。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。,材料鑒賞:,2,1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上,著名物理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發(fā)言:,也就是說：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩科學家只要把做過的實驗再精確一下，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面再加幾位罷了！,但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的

2、科學家，就在上面提到的文章中他還講到：,3,這兩朵烏云是指什么呢？,黑體輻射實驗,邁克爾遜莫雷實驗,后來的事實證明，正是這兩朵烏云發(fā)展成為一埸革命的風暴，烏云落地化為一埸春雨，澆灌著兩朵鮮花。,4,普朗克量子力學的誕生,相對論問世,這兩朵烏云到底是什么回事呢？,經(jīng)典力學,量子力學,相對論,微觀領(lǐng)域,高速領(lǐng)域,5,能量量子化,物理學的新紀元,第一節(jié)：,6,思考與討論,1，在爐火旁邊有什么感覺？ 2，投在爐中的鐵塊一開始是什么顏色？過一會兒又是什么顏色？,固體在溫度升高時顏色的變化：,7,熱輻射現(xiàn)象：一切物體在任何溫度下都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫做熱輻射。 輻射規(guī)律： 1.輻

3、射的電磁波中包含各種波長的電磁波，不同波長，輻射強度不同。 2. 溫度升高，輻射強度增大，同時輻射電磁波的頻率和波長也在變化。,8,問題：如何研究物體的熱輻射規(guī)律？,注意：除了熱輻射外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波， 例如：常溫下我們看到的物體顏色就是物體反射了該頻率的電磁波，吸收了其他頻率的電磁波。一些物體看起來很黑，其實是它吸收所有電磁波，反射的電磁波很弱。 那么：在研究物體熱輻射中，應如何避免反射電磁波的影響？,9,一，黑體及黑體輻射 理想的熱輻射體是“絕對黑體”，簡稱“黑 體”。它在任何溫度下都能全部吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射。,在空腔壁上開一個很小的孔，射入小孔

4、的電磁波在空腔中會發(fā)生多次反射和吸收，最終不能從空腔射出。這個小孔就可以看成一個絕對黑體。,德國物理學家基爾霍夫首先提出了絕對黑體的模型。,10,說明： 黑體是個理想化的模型。例：開孔的空腔，遠處的窗口等可近似看作黑體。 實驗表明：對于一般材料的物體，輻射 電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料的 種類及表面狀況有關(guān)，而黑體輻射電磁波的 規(guī)律只與黑體的溫度有關(guān)，因而可以反映某種具有普通意義的客觀規(guī)律。于是，在研究熱輻射的規(guī)律時人們特別注意對黑體輻射的研究。,11,0 1 2 3 4 5 6,(m),1700K,1500K,1300K,1100K,二：黑體輻射的實驗規(guī)律,隨著溫度的升高： 1，各種

5、波長的輻射強度都有增加； 2，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。,你能由圖找到黑體輻射的實驗規(guī)律嗎？,12,瑞利公式在長波部分與實驗結(jié)果比較吻合。但在紫外區(qū)(波長范圍在紫外線附近)竟算得輻射強度為無窮大，這個荒謬的結(jié)論被認為是物理學理論的災難，當時稱為“紫外災難”。,維恩公式在短波部分與實驗結(jié)果吻合得很好，但長波卻不行。,13,三、能量子 超越牛頓的發(fā)現(xiàn),微觀世界的某些規(guī)律，在我們宏觀世弄看來可能非常奇怪。,14, 普朗克能量子理論,*微觀粒子的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，E=n （n=1,2,），這個不可再分的最小能量值叫能量子，簡稱量子。n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。,* 帶電微粒吸收

6、和輻射能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地輻射和吸收的。,h=6.62610-34 J*S -普朗克常數(shù),*能量子的能量：=h （ 是輻射吸收的電磁波的頻率）,15,理論與實驗符合的讓人擊掌叫絕,1800K,16,能量量子化：,宏觀世界中：能量可以是任意值，可以連續(xù)變化。例如：物體的重力勢能，彈簧振子的彈性勢能。 微觀世界中：微觀粒子的能量只能是一個一個的特定值，不能連續(xù)變化。（能量量子化），例如：物體的帶電量，電子繞原子核運動的軌道半徑。 量子化：只能取一系列分立值，不能連續(xù)變化 你能舉出生活中“量子化”例子嗎？ 普朗克的量子化理論改變了人們對世界的根本認識。1900年不僅成為新世紀

7、的開始，也成為物理學的一個新紀元。18年后，普朗克為此獲得了諾貝爾物理學獎。,17,問題與練習,在一杯開水中放入一枝溫度計，開水靜置室內(nèi)，可以看到開水的溫度是逐漸降低的，既然從微觀的角度來看能量是一份一份向外輻射的，為什么它的溫度不是一段一段地降低？,18,結(jié)論：,1.在宏觀尺度內(nèi)研究物體的能量變化時我們可以認為：物體的運動是連續(xù)的,能量變化是連續(xù)的,不必考慮量子化。（因為每個能量子的能量很小，宏觀物體的能量不連續(xù)變化非常不明顯，可以忽略不計。） 2.在研究微觀粒子時必需考慮能量量子化,19,意義： 普朗克拋棄了經(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，提出了能量量

8、子化、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)物理學研究新局面，標志著人類對自然規(guī)律的認識已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進入微觀領(lǐng)域，為量子力學的誕生奠定了基礎(chǔ)。,20,擴展閱讀:變革的困難,1900年12月14日普朗克在德國物理學會上報告了自己的研究結(jié)果，他的公式受到歡迎，但他的能量子假說，卻受到冷遇，當時沒有人相信他的假說。 能量的變化竟然是不連續(xù)的，這與物理學界幾百年來信奉的“自然界無跳躍”的原則直接矛盾，因此量子論出現(xiàn)之后，許多物理學家不予接受,物理學界最初的反應是極其冷淡的。人們只承認普朗克那個同實驗一致的經(jīng)驗性的輻射公式，而不承認他的

9、理論性的量子假說。,21,遺憾的是，普朗克雖然發(fā)現(xiàn)了能量子，但他不能理解這一發(fā)現(xiàn)的意義，對自己的發(fā)現(xiàn)長期惴惴不安。在發(fā)現(xiàn)能量子之后的長達年時間，他總想退回到經(jīng)典物理學的立場。他曾在散步時對兒子說：“我現(xiàn)在做的事情，要么毫無意義，要么可能成為牛頓以后物理學上最大的發(fā)現(xiàn)?！?普朗克在做出量子假說時已年過四十。他受過嚴格的經(jīng)典物理學訓練，對經(jīng)典物理學十分熟悉和熱愛。他不愿意同經(jīng)典物理學決裂，只是迫于事實的壓力，才不得不做出能量子的假說。他的能量子理論是不徹底的，他的理論還是以承認電磁波本身的連續(xù)性為基礎(chǔ)的。他把自己的量子假說僅僅局限于粒子對電磁波的吸收和發(fā)射的特殊性上。,22,年，愛因斯坦提出光量子假說，成功地解釋了光電效應；年，他又將量子理論運用到固體比熱問題，獲得成功；年，玻爾將量子理論引入到原子結(jié)構(gòu)理論中，克服了經(jīng)典理論解釋原子穩(wěn)定性的困難，建立了他的原子結(jié)構(gòu)模型，取得了原子物理學劃時代的進展；年，康普頓通過實驗最終使物理學家們確認光量子圖景的實在性，從而使量子理論得到科學界的普遍承認。 科學的發(fā)展總是在困難中前進，失敗不可怕，它是人類進步的階梯。,23,課堂練習,1.請你填空:在做全國人口普查時我們關(guān)心的是:現(xiàn)在全國有幾_人, 班級小組長在數(shù)人數(shù)時常用:一_,兩_;等.,3.光源發(fā)出的光能是一份一份的,那么每份光能是怎樣傳到你的眼睛里呢?是均勻分布在兩只眼睛里？還