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(共17張PPT)
大多數(shù)人想改造這個世界,但卻極少數(shù)人想改造自己
但最終確是極少數(shù)改造自己的人改造了世界
——列夫·托爾斯泰
選擇性必修三
力學、電學、光學
電磁波的
粒子性認識
原子結(jié)構的認識
波粒二象性
選擇性必修三 第四章 原子結(jié)構和波粒二象性
1
普朗克黑體輻射理論
近代物理學
經(jīng)典物理
經(jīng)典力學
經(jīng)典電磁場理論
經(jīng)典統(tǒng)計力學
三大支柱
相對論
量子論
兩大基石
從宏觀深入到原子內(nèi)的微觀世界
建立了新的時空觀，并將牛頓力學作為一種特例概括其中。
是天體物理和宇宙學的理論基礎，也是亞原子世界微觀物理學的理論基礎。
宏觀、低速依然正確
量子論的建立是20世紀物理學的最大成就之一
量子論
使人們認識了微觀世界的運動規(guī)律，發(fā)展了對原子、分子等微觀粒子進行有效操控和測量的技術
原子圍欄
人們認識量子規(guī)律的第一步是如何邁出的呢？
量子論始于解決熱輻射問題
鐵塊從發(fā)熱到發(fā)光的顏色變化
復習回顧
1.一切物體都在輻射與物體的溫度有關電磁波
熱輻射
2.同一物體輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而有所不同
3.物體表面同時還會吸收和反射外界射來的電磁波。
不發(fā)光物體的顏色
隨著溫度升高，電磁波的短波成分增加
就是反射光所致
實際物體熱輻射
外來各種波長的輻射能
發(fā)射各種波長的熱輻射能
熱輻射的輻射強度與溫度、物體種類及其表面情況有關
（隨物而異）
（隨物而異）
反射某些波長的輻射能
吸收某些波長的輻射能
（隨物而異）
思考1：怎么研究具有普遍意義熱輻射客觀規(guī)律呢？
不透明體
處于某一溫度
T
不可避免
全部
不
冶金工業(yè)和恒星研究需要研究熱輻射的規(guī)律
一、黑體與黑體輻射
1.黑體
能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體就是絕對黑體，簡稱黑體。
理想模型
已知物體都能輻射紅外線（電磁波）
“完美的”吸收器、發(fā)射器
2.黑體輻射的特點
電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關
這樣的輻射更能反映具有普遍意義的熱輻射客觀規(guī)律
煙煤
一、黑體與黑體輻射
思考3：黑體一定是“黑"的嗎？
太陽可以近似看成黑體
煉鋼爐的小孔
700K以下是黑色的
不透明的材料制成帶小孔的的空腔， 可近似看作黑體。
3.黑體不一定是“黑"的
思考2：黑體是如何吸收電磁波的呢？
輻射可見光
小結(jié)：
二、黑體輻射的實驗規(guī)律
1.同一溫度下
2.不同溫度下
輻射強度：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。
輻射強度與輻射電磁波的波長（頻率）有關，中間有一個極大值
1）不同溫度輻射強度不同，溫度升高各種波長的輻射強度都有增加
2）溫度越高，輻射強度的極大值越大
3）輻射強度的極大值隨溫度升高向波長短的方向移動
3. 經(jīng)典物理學的困難
1) 維恩公式：
2) 瑞利公式：
── 紫外災難
二、黑體輻射的實驗規(guī)律
半經(jīng)驗
短波符合，長波不符合
長波符合，短波荒唐
完全由經(jīng)典理論推導而出
4. 普朗克公式
二、黑體輻射的實驗規(guī)律
普朗克做了多種嘗試后找到了與實驗吻合的數(shù)學公式
引入能量子的概念
三、能量子
1.定義：組成黑體的振動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。這個不可再分的最小能量值 ε 叫作能量子。
2.表達式
ε ＝ hν
1）ν是帶電微粒的振動頻率
即帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率
波源的頻率
2）h 常量
普朗克常量
h＝6.62607015×10-34
J·s
帶電微粒輻射或吸收能量E=nε n=1,2,…
能量量子化
四、能量量子化——物理學的新紀元
1.1900年12月14日，普朗克在柏林宣讀了他關于黑體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他42歲。普朗克把能量子引入物理學,正確地破除了”能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念,成為現(xiàn)代物理學思想的基石之一, 為我們打開了量子之門。1918年獲諾獎。
2.1900年，愛因斯坦從蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學畢業(yè)，5年后受量子化啟發(fā)提出了光量子,成功的解釋了光電效應。1921年獲諾獎。
3.1900年15歲的玻爾(Niels Bohr)正在哥本哈根的中學里讀書。13年后，他提出了原子軌道量子化，成功解釋了氫原子發(fā)光現(xiàn)象。1922年獲諾獎
4.1900年，康普頓8歲，23年后，通過實驗最終使物理學家們確認光量子圖景的實在性，1927年獲諾獎。
四、能量量子化——物理學的新紀元
超越牛頓的發(fā)現(xiàn)
5.1900年德布羅意8歲，24年后他提出了物質(zhì)波的概念，1929年獲得諾獎。
面對量子論的發(fā)展與成功，以及科學界的批評，普朗克最終放棄了倒退的立場。
普朗克曾努力把自己提出的能量子假說納入已有的經(jīng)典物理學的框架
思考與練習
2.在一杯開水中放入一支溫度計，可以看到開水的溫度是逐漸降低的。根據(jù)能量量子化理論，開水的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呢？
1.可見光波長的大致范圍是400 760 nm。
400 nm、760 nm 電磁輻射的能量子ε的值是多少？
h＝6.63×10-34J·S
估算即可

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