十七章波粒二象.pptVIP

第十七章：波粒二象性 1、物理学的新纪元： 能量量子化 实验结果可看出： 随着温度升高，各种波长的辐射都增加。 辐射强度的极大值向短波方向移动。 维恩，瑞利解释均与实验有出入。 为了得出与实验相符的公式，普朗克做了多种尝试，进行了激烈的思想斗争，做出了大胆的假设-----能量子假说。 普朗克1900年把能量子引入物理学，正确的破除了“能量连续变化”的传统观念，开创了物理学的新纪元。 18年之后，1918年他荣获诺贝尔物理学奖。 他的墓碑上只刻着他的： 姓名和 * 19世纪末，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到完美无缺的地步。 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成， 后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” ----------开尔文 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，-------------------” 这两朵乌云是指什么呢？ 一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关。 然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村”。 我们周围的一切物体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，所辐射电磁波的特征与物体的温度有关，所以叫热辐射。 1. 热辐射现象 黑体与 黑体辐射 热辐射及其特征 1. 热辐射由于分子热运动导致物体辐射电磁波，温度不同时 辐射的波长分布不同。温度越高短波成分越强 例如：固体（铁块）在温度升高时颜色的变化 热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程 800 K 1000 K 1200 K 1400 K 认识热辐射 任何物体任何温度均存在热辐射 温度? 发射的能量? 电磁波的短波成分? 如：一个白炽灯在所加电压逐渐升高时 昏黄色-----光亮-------刺眼 直觉: 低温物体发出的是红外光 炽热物体发出的是可见光 高温物体发出的是紫外光 注意： 热辐射与温度有关 激光 日光灯发光不是热辐射 2、物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。 Ⅰ、常温下我们看到物体的颜色是反射所致。 Ⅱ、如果物体能够完全吸收各种波长的电磁波而不反射，这就是黑体。黑体辐射的强度按波长分布只与温度有关与材料及表面状况无关。 能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射、折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。 黑体模型 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 黑体辐射实验规律 0 1 2 3 4 5 6 λ (μm) 1700K 1500K 1300K 1100K 实验结果 人们总是力图用已有的知识来解释新发现的现象和规律： 当时知道，物体中振动的带电微粒产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。于是依据热学和电磁学知识寻求黑体辐射的理论解释。 例如，维恩公式，瑞利公式等。 o 实验值 /μm 维恩线 瑞利--金斯线 紫 外 灾 难 普 朗 克 线 1 2 3 4 5 6 7 8 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。 对于频率为ν的谐振子最小能量为 能量 量子 经典 能量子假说 λ(μm) 1 2 3 5 6 8 9 4 7 普朗克 实验值 理论与实验 的高度吻合 普朗克后