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17.1 能量量子化,19世纪末，经典物理学在各个领域都取得很大成功：,牛顿定律:成功描述了宏观低速物体的运动,分子物理:成功解释了温度、压强、气体的内能,电 磁 学：建立了一个能推断一切电磁现象的,麦克斯韦方程组。,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。,认为物理学已经发展到头了。,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,勋爵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？,热辐射实验,迈克尔逊-,莫雷实验,后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为革命的风暴，乌云落地化为春雨，浇灌出两朵“鲜花”。,不到一年(1900年底)，,第一朵乌云,诞生,量子论,1905年,第二朵乌云,诞生,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。,思考与讨论：,问题1:,在火炉旁边有什么感觉?,问题2:,投在炉中的铁块开始是什么颜色?,过一会有是什么颜色?,1400,K,800,K,1000,K,1200,K,1、一切物体在任何温度下，都要向外辐射电磁波。,2、电磁波能量的高低、电磁波按波长分布的情况,都与温度有关，故称为热辐射。,一、热辐射,二、黑体与黑体辐射,1、黑体定义：,如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。,用不透明材料制成一空心容器，,壁上开一小孔,，,可看成绝对黑体,黑体模型,思考与讨论：,一座建设中的楼房还没安装窗子，,尽管,室内已经粉刷,，如果,从远处,观察,，,把,室内,的亮度,与楼房外墙的亮度相比，你会发现什么？为什么？,2、研究黑体辐射的意义：,研究表明：,一般材料物体,，辐射电磁波的情况除与,温度,有关，还与,材料的种类及表面状况,有关；,黑体,：,辐射电磁波的强度按波长的分布,只与黑体的温度,有关，因而反映了某种具有普遍意义的客观规律。,于是在研究热辐射的规律时，人们特别注意对黑体辐射的研究,0 1 2 3 4 5 6,(m),1700K,1500K,1300K,1100K,辐射强度,黑体辐射实验规律,3、黑体辐射的实验规律,随着温度升高：,（1）各种波长的辐射强度都有增加，,（2）辐射强度的极大值向波长短的方向移动,4、怎样解释黑体辐射的实验规律？,物体中存在着不停运动的带电微粒，按照当时物理学的认识，每个带电微粒的振动都产生变化的电磁场，从而产生电磁辐射。,o,实验值,/,m,维恩线,瑞利-金斯线,紫,外,灾,难,普,朗,克,线,1,2,3,4,5,6,7,8,黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。,辐射强度,荒谬的“紫外灾难”,维恩公式在短波区与实验很接近，长波区与实验偏离很大；,瑞利公式在长波区与实验很接近，短波区与实验严重不符；不但不符，而且当波长趋于零时，辐射强度竟变成无穷大，由于波长很小的辐射处在紫外线波段，故而由荒谬的结果称为“紫外灾难”。,1、能量子说-超越牛顿的假设,1900年，普,朗,克做出了这样的大胆假设：,振动着的带电微粒的能量是,某一最小能量,（称为能量子）,整数倍。例如，可能是,1,2,3,.当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份辐射或吸收的。,对于频率为,的谐振子最小能量为,能量,量子,经典,h,是普,朗,克常量,三、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式,2.普朗克的黑体辐射公式,1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式,M.Planck 德国人18581947,(m),1 2 3 5 6 8 9,4,7,普朗克,实验值,实验结果与普朗克的公式画出的图线完全一致,普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信 h 的引入确实反映了新理论的本质。,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,黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？,物理难题：,1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，J.Thomson发现了电子，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作,光电子,(photoelectron)，,相应的效应叫做光电效应,。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？,
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