1、一、能量量子化一、能量量子化教學目標教學目標 v1、知識與技能、知識與技能（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）了解黑體輻射的實驗規律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系（3）了解能量子的概念v2、過程與方法、過程與方法v了解微觀世界中的量子化現象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。2一、能量量子化v3、情感態度與價值觀、情感態度與價值觀v領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。v【重點難點重點難點】v1、重點、重點: v 能量子的概念v2、難點、難點:

2、v 黑體輻射的實驗規律3一、能量量子化 19世紀末，牛頓定律在各個領域里都取得了很世紀末，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲等都方程。另外還找到了力、電、光、聲等都遵循的規律遵循的規律能量轉化與守恒定律。當時許多物能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學家都沉醉

3、于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發展到頭了。理學已經發展到頭了。4一、能量量子化小故事：小故事：當德國著名物理學家普朗克立志獻身理論物理時，當德國著名物理學家普朗克立志獻身理論物理時，他的老師勸他：他的老師勸他：“年輕人，物理學是一門已經完成了的科學，年輕人，物理學是一門已經完成了的科學，不會再有多大的發展了，將一生獻給這門學科，太可惜了不會再有多大的發展了，將一生獻給這門學科，太可惜了.” “科學的大廈已經基本完成，后輩科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了。作就行了。” -開爾文開爾文- 也就是說：物理學已經沒有什么新東

4、西了，后也就是說：物理學已經沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數據的小一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數據的小數點后面在加幾位罷了！數點后面在加幾位罷了！ “但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，人不安的烏云，-”5一、能量量子化 1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，著名物年，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言理學家開爾文勛爵作了展望新世紀的發言:這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？ 一朵與黑體輻射有關，一朵與黑體輻射有關， 另一朵與邁克爾遜實驗有關。另一朵與邁

5、克爾遜實驗有關。 然而然而, 事隔不到一年（事隔不到一年（1900年底），就從第一年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二年）從第二朵烏云中降生了相對論。經典物理學的大廈被徹底朵烏云中降生了相對論。經典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發展到了一個更為遼闊的領域。動搖，物理學發展到了一個更為遼闊的領域。6一、能量量子化固體在溫度升高時顏色的變化固體在溫度升高時顏色的變化7一、能量量子化一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射1、 熱輻射熱輻射這種與溫度有關這種與溫度有關的的輻射，稱為熱輻射。輻射，稱為熱輻射。熱能熱能轉化轉化為為電磁能電磁能任何物體

6、任何溫度均存在熱輻射任何物體任何溫度均存在熱輻射鐵塊加熱：暗紅、赤紅、橘紅、黃白色鐵塊加熱：暗紅、赤紅、橘紅、黃白色室溫下，主要成分是波長較長的電磁波（紅外線）室溫下，主要成分是波長較長的電磁波（紅外線）當溫度升高時，較短波長的成分越來越強當溫度升高時，較短波長的成分越來越強輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而不同輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度而不同物體的溫度恒定時物體的溫度恒定時, ,物體所吸收的能量等于在同一時間物體所吸收的能量等于在同一時間內輻射的能量內輻射的能量平衡熱輻射平衡熱輻射2、 黑體黑體 能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生能完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發生反

7、射的物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。反射的物體稱為絕對黑體，簡稱黑體。不透明的材料制成帶小孔的的空腔不透明的材料制成帶小孔的的空腔, ,可近似看作黑體。可近似看作黑體。黑體模型黑體模型 一般物體輻射電磁波一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關外，的情況除與溫度有關外，還與材料及表面狀況有關，還與材料及表面狀況有關，而黑體輻射電磁波的強度而黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與其溫度按波長的分布只與其溫度有關。有關。8一、能量量子化向向遠處觀察打開的窗子近似黑體遠處觀察打開的窗子近似黑體0 1 2 3 4 5 6/m1700K1500K1300K1100K輻射強度輻射強度9一、能量量子化 隨著溫度的升高

8、，各隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都有增種波長的輻射強度都有增加，輻射強度的最大值向加，輻射強度的最大值向波長較短的方向移動。波長較短的方向移動。二、黑體輻射實驗規律二、黑體輻射實驗規律1、 實驗規律實驗規律o小圓點代表實驗值小圓點代表實驗值維恩線維恩線瑞利瑞利金斯線金斯線紫紫外外災災難難普朗克線普朗克線1234567810一、能量量子化/m輻射強度輻射強度2、 經典理論與實驗事實的矛盾經典理論與實驗事實的矛盾一、能量量子化11三、能量子三、能量子能量子：能量子：振動著的帶電微粒的能量并不象經典物理振動著的帶電微粒的能量并不象經典物理學所允許的可具有任意值，只能是某一最小能量學所允許的可具

9、有任意值，只能是某一最小能量 （稱為能量子）的整數倍，即：稱為能量子）的整數倍，即：， 2， 3。當帶。當帶電微粒輻射和吸收能量時，也是以這個最小能量值電微粒輻射和吸收能量時，也是以這個最小能量值為單位一份一份地進行。為單位一份一份地進行。頻率為頻率為 的電磁波的電磁波最小能量為最小能量為h 普朗克后來又為這種與經典物理格格不入的觀普朗克后來又為這種與經典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經過十多年的努力證明任何復念深感不安，只是在經過十多年的努力證明任何復歸于經典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅歸于經典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。的

10、引入確實反映了新理論的本質。 1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。年他榮獲諾貝爾物理學獎。 他的墓碑上只刻著他的姓名和他的墓碑上只刻著他的姓名和sJ10626. 634h12一、能量量子化 1900年年12月月14日，普朗克在柏林宣讀了他關于黑日，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。那一年他體輻射的論文，宣告了量子的誕生。那一年他42歲。歲。普朗克把能量子引入物理學普朗克把能量子引入物理學,正確地破除了正確地破除了”能量連續能量連續變化變化”的傳統觀念的傳統觀念,成為現代物理學思想的基石之一成為現代物理學思想的基石之一, 為我們打開了量子之門為我們打開了量子之門, 黑體輻射的

11、研究卓有成效地展現在人們的眼前，黑體輻射的研究卓有成效地展現在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？之爭就此平息了嗎？13一、能量量子化 新的難題新的難題：1888年，霍瓦年，霍瓦（Hallwachs）發現一發現一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近近10年以年以后，后，1897年年，J.Thomson發現了電子發現了電子 ，此時，此時，人們人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子電子被稱作光電子（photoelectron），），相應的效應相應的效應叫做光電效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現什么結果？動性、電磁理論）進行解釋會出現什么結果？ 一、能量量子化14小結小結 一、黑體與黑