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1、第十七章波粒二象性第十七章波粒二象性第第1 1節(jié)能量量子化節(jié)能量量子化 欄目鏈接欄目鏈接普朗克的量子說(shuō)普朗克的量子說(shuō)量子論的觀點(diǎn)最初是在研究熱輻射的規(guī)律時(shí)產(chǎn)生的量子論的觀點(diǎn)最初是在研究熱輻射的規(guī)律時(shí)產(chǎn)生的我們周圍的物體都在不斷地輻射電磁波，這是由分子我們周圍的物體都在不斷地輻射電磁波，這是由分子和原子的熱運(yùn)動(dòng)引起的，所以叫作熱輻射物體在室溫時(shí)和原子的熱運(yùn)動(dòng)引起的，所以叫作熱輻射物體在室溫時(shí)熱輻射電磁波的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，不能引起我們的覺(jué)察，但是熱輻射電磁波的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，不能引起我們的覺(jué)察，但是如果溫度在如果溫度在500 以上，它就能輻射可見(jiàn)光了，鐵塊燒熱會(huì)以上，它就能輻射可見(jiàn)光了，鐵塊燒熱會(huì)變紅，就

2、是這個(gè)道理變紅，就是這個(gè)道理除了熱輻射之外，物體表面還會(huì)反射外界射來(lái)的電磁除了熱輻射之外，物體表面還會(huì)反射外界射來(lái)的電磁波，有的物體的反射能力比較小，在光線照射下看起來(lái)比波，有的物體的反射能力比較小，在光線照射下看起來(lái)比 欄目鏈接欄目鏈接別的物體黑一些假設(shè)有這樣一類物體，它們完全不能別的物體黑一些假設(shè)有這樣一類物體，它們完全不能反射電磁波，我們就稱之為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體反射電磁波，我們就稱之為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體 絕對(duì)黑體熱輻射的規(guī)律比較簡(jiǎn)單，在絕對(duì)黑體熱輻射的規(guī)律比較簡(jiǎn)單，在19世紀(jì)末許世紀(jì)末許多人做了大量研究，黑體輻射的波長(zhǎng)并不是單一的，它多人做了大量研究，黑體輻射的波長(zhǎng)并不是單一的，它同時(shí)

3、輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，不同波長(zhǎng)的輻射波，它們同時(shí)輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，不同波長(zhǎng)的輻射波，它們的強(qiáng)度也不一樣，課本中的圖畫(huà)出了四種溫度下絕對(duì)黑的強(qiáng)度也不一樣，課本中的圖畫(huà)出了四種溫度下絕對(duì)黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，可以看出，隨著溫度的體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，可以看出，隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，或者可面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)，或者可以粗略以粗略 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接地說(shuō)：地說(shuō)：“溫度越高，輻射電磁波的波長(zhǎng)越短溫度越高，輻射電磁波的波長(zhǎng)越短”

4、，燒紅的鐵，燒紅的鐵塊如果繼續(xù)升溫，就會(huì)達(dá)到塊如果繼續(xù)升溫，就會(huì)達(dá)到“白白”熱，這是因?yàn)闇囟壬邿幔@是因?yàn)闇囟壬吆?，在它輻射的光中，波長(zhǎng)較短，如藍(lán)光、紫光所占的比后，在它輻射的光中，波長(zhǎng)較短，如藍(lán)光、紫光所占的比例就會(huì)增加，更接近日光中各種色光的比例，因此看起來(lái)例就會(huì)增加，更接近日光中各種色光的比例，因此看起來(lái)幾乎是白色的幾乎是白色的 怎樣解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？物體是由不停運(yùn)動(dòng)的帶電微怎樣解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？物體是由不停運(yùn)動(dòng)的帶電微粒組成的，按照經(jīng)典的電磁理論，帶電微粒的振動(dòng)相當(dāng)于粒組成的，按照經(jīng)典的電磁理論，帶電微粒的振動(dòng)相當(dāng)于交變電流，所以這些分子、原子就是一個(gè)個(gè)小天線，它們交變電流，所

5、以這些分子、原子就是一個(gè)個(gè)小天線，它們具有各種能量，可以向外輻射或接收電磁波但是基于這具有各種能量，可以向外輻射或接收電磁波但是基于這種認(rèn)識(shí)的一系列研究結(jié)果都和實(shí)驗(yàn)規(guī)律不一致種認(rèn)識(shí)的一系列研究結(jié)果都和實(shí)驗(yàn)規(guī)律不一致 1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克做出了一個(gè)大膽的年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克做出了一個(gè)大膽的假設(shè)，解決了熱輻射問(wèn)題，同時(shí)也改變了人們對(duì)微觀世假設(shè)，解決了熱輻射問(wèn)題，同時(shí)也改變了人們對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)界的認(rèn)識(shí) 普朗克認(rèn)為，粒子的能量只能是某一最小能量值普朗克認(rèn)為，粒子的能量只能是某一最小能量值E的整數(shù)倍例如，可能是的整數(shù)倍例如，可能是E或或2E、3E當(dāng)帶電微粒輻當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是

6、以這個(gè)最小能量值為單位一份一射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單位一份一份地輻射或吸收的這個(gè)不可再分的最小能量值份地輻射或吸收的這個(gè)不可再分的最小能量值E叫作叫作能量子在微觀世界中，能量不能連續(xù)變化，只能取分能量子在微觀世界中，能量不能連續(xù)變化，只能取分立值的現(xiàn)象，叫作能量的量子化立值的現(xiàn)象，叫作能量的量子化 欄目鏈接欄目鏈接 根據(jù)普朗克的能量子假設(shè)推算出的黑體輻射規(guī)律根據(jù)普朗克的能量子假設(shè)推算出的黑體輻射規(guī)律和觀測(cè)事實(shí)符合得很好，但是能量量子化的觀點(diǎn)違背日和觀測(cè)事實(shí)符合得很好，但是能量量子化的觀點(diǎn)違背日常生活經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有被人接受，即使普朗克本人也躊常生活經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)沒(méi)有被人接受，即使普朗

7、克本人也躊躇不決后來(lái)，愛(ài)因斯坦勇敢地接受了量子化的觀點(diǎn)，躇不決后來(lái)，愛(ài)因斯坦勇敢地接受了量子化的觀點(diǎn)，成功地解釋了光電效應(yīng)，才使量子論走上了進(jìn)一步發(fā)展成功地解釋了光電效應(yīng)，才使量子論走上了進(jìn)一步發(fā)展的道路的道路 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射(1)熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射_，這種輻射與物體的這種輻射與物體的_有關(guān)，所以叫作熱輻射物有關(guān)，所以叫作熱輻射物體的溫度升高，熱輻射中體的溫度升高，熱輻射中_的成分越來(lái)越強(qiáng)的成分越來(lái)越強(qiáng)(2)黑體：如果某種物體能夠黑體：如果某種物體能夠_入射的各入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而種波長(zhǎng)的電

8、磁波而_，這種物體就是絕對(duì)，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體黑體，簡(jiǎn)稱黑體 欄目鏈接欄目鏈接電磁波電磁波溫度溫度較短波長(zhǎng)較短波長(zhǎng)完全吸收完全吸收不發(fā)生反射不發(fā)生反射 (3)黑體輻射：一般物體輻射電磁波的情況除與黑體輻射：一般物體輻射電磁波的情況除與_有關(guān)外，還與有關(guān)外，還與_及及_有有關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按關(guān)，而黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按_的分布只與黑的分布只與黑體的體的_有關(guān)有關(guān)2黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系關(guān)系)黑體輻射實(shí)驗(yàn)中，隨著溫度的升高，一方面，各種黑體輻射實(shí)驗(yàn)中，隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度_；另

9、一方面，輻射強(qiáng)度的；另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向極大值向_的方向移動(dòng)的方向移動(dòng) 欄目鏈接欄目鏈接溫度溫度材料的種類材料的種類表面狀況表面狀況波長(zhǎng)波長(zhǎng)溫度溫度都有增加都有增加波長(zhǎng)較短波長(zhǎng)較短 3能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)(1)能量量子化：宏觀物體的能量是能量量子化：宏觀物體的能量是_；而普；而普朗克認(rèn)為微觀粒子的能量是朗克認(rèn)為微觀粒子的能量是_的，或說(shuō)微觀粒子的，或說(shuō)微觀粒子的能量是的能量是_的，即帶電微粒的能量只能是某一最的，即帶電微粒的能量只能是某一最小能量值小能量值的的_倍倍(2)能量子：不可再分的最小能量值能量子：不可再分的最小能量值叫作能量子，叫作能量子，且且_.式中

10、的式中的是是_，h叫作普朗克叫作普朗克常量，其值為常量，其值為h_. 欄目鏈接欄目鏈接連續(xù)的連續(xù)的量子化量子化分立分立整數(shù)整數(shù)h電磁波的頻率電磁波的頻率6.6261034 Js 欄目鏈接欄目鏈接1 黑體與黑體輻射黑體與黑體輻射 欄目鏈接欄目鏈接1熱輻射熱輻射(1)定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這定義：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫熱輻射(2)特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫特點(diǎn)：熱輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布情況隨物體的溫度而有所不同度而有所不同 欄目鏈接欄目鏈接 2黑體黑體(1)定義：在熱輻射的同時(shí)，物體表面

11、還會(huì)吸收和反射外定義：在熱輻射的同時(shí)，物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來(lái)的電磁波如果一些物體能夠完全吸收投射到其表界射來(lái)的電磁波如果一些物體能夠完全吸收投射到其表面的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)面的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體黑體，簡(jiǎn)稱黑體(2)黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布黑體輻射特點(diǎn)：黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布與黑體的溫度有關(guān)與黑體的溫度有關(guān)注：注：一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類一般物體的熱輻射除與溫度有關(guān)外，還與材料的種類及表面狀況有關(guān)及表面狀況有關(guān) 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1

12、能量子能量子(1)能量子的定義能量子的定義振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一最小能量值的整的整數(shù)倍例如，可能是數(shù)倍例如，可能是或或2、3當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也就是以這個(gè)最小能量為單位一份一份地輻射或吸收量時(shí)，也就是以這個(gè)最小能量為單位一份一份地輻射或吸收時(shí)這個(gè)不可再分的最小能量值時(shí)這個(gè)不可再分的最小能量值叫作能量子叫作能量子(2)能量子公式能量子公式 欄目鏈接欄目鏈接2 能量量子化能量量子化超越牛頓的發(fā)現(xiàn)超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 欄目鏈接欄目鏈接h 是電磁波的頻率，是電磁波的頻率，h是一個(gè)常量，后被稱為普朗是一個(gè)常量，后被稱為普朗克常

13、量克常量(Planck constant)，其值為，其值為h6.6261034 Js (3)能量的量子化能量的量子化 在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫作能量的量子化這種現(xiàn)象叫作能量的量子化 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 3普朗克的量子化假設(shè)的意義普朗克的量子化假設(shè)的意義 普朗克的能量子假設(shè)，使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)普朗克的能量子假設(shè)，使人類對(duì)微觀世界的本質(zhì)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了革命性的影響普朗克常量的影響普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它是自然界最基本的常量之一，它體現(xiàn)了微觀世界的基本特征體現(xiàn)了微觀世界的基本特征 欄目鏈接欄目鏈接例例氦氦氖激光器發(fā)出波長(zhǎng)為氖激光器發(fā)出波長(zhǎng)為633 nm的激光，當(dāng)激光的激光，當(dāng)激光器的輸出功率為器的輸出功率為1 mW時(shí)，每秒發(fā)出的光子數(shù)為時(shí)，每秒發(fā)出的光子數(shù)為()A2.21015 個(gè)個(gè)B3.21015 個(gè)個(gè)C2.21014 個(gè)個(gè) D3.21014 個(gè)個(gè)變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接