1、第十七章波粒二象性第十七章波粒二象性第第1 1节能量量子化节能量量子化 栏目链接栏目链接普朗克的量子说普朗克的量子说量子论的观点最初是在研究热辐射的规律时产生的量子论的观点最初是在研究热辐射的规律时产生的我们周围的物体都在不断地辐射电磁波，这是由分子我们周围的物体都在不断地辐射电磁波，这是由分子和原子的热运动引起的，所以叫作热辐射物体在室温时和原子的热运动引起的，所以叫作热辐射物体在室温时热辐射电磁波的波长比较长，不能引起我们的觉察，但是热辐射电磁波的波长比较长，不能引起我们的觉察，但是如果温度在如果温度在500 以上，它就能辐射可见光了，铁块烧热会以上，它就能辐射可见光了，铁块烧热会变红，就
2、是这个道理变红，就是这个道理除了热辐射之外，物体表面还会反射外界射来的电磁除了热辐射之外，物体表面还会反射外界射来的电磁波，有的物体的反射能力比较小，在光线照射下看起来比波，有的物体的反射能力比较小，在光线照射下看起来比 栏目链接栏目链接别的物体黑一些假设有这样一类物体，它们完全不能别的物体黑一些假设有这样一类物体，它们完全不能反射电磁波，我们就称之为绝对黑体，简称黑体反射电磁波，我们就称之为绝对黑体，简称黑体 绝对黑体热辐射的规律比较简单，在绝对黑体热辐射的规律比较简单，在19世纪末许世纪末许多人做了大量研究，黑体辐射的波长并不是单一的，它多人做了大量研究，黑体辐射的波长并不是单一的，它同时
3、辐射各种波长的电磁波，不同波长的辐射波，它们同时辐射各种波长的电磁波，不同波长的辐射波，它们的强度也不一样，课本中的图画出了四种温度下绝对黑的强度也不一样，课本中的图画出了四种温度下绝对黑体热辐射的强度与波长的关系，可以看出，随着温度的体热辐射的强度与波长的关系，可以看出，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，或者可面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，或者可以粗略以粗略 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接地说：地说：“温度越高，辐射电磁波的波长越短温度越高，辐射电磁波的波长越短”
4、，烧红的铁，烧红的铁块如果继续升温，就会达到块如果继续升温，就会达到“白白”热，这是因为温度升高热，这是因为温度升高后，在它辐射的光中，波长较短，如蓝光、紫光所占的比后，在它辐射的光中，波长较短，如蓝光、紫光所占的比例就会增加，更接近日光中各种色光的比例，因此看起来例就会增加，更接近日光中各种色光的比例，因此看起来几乎是白色的几乎是白色的 怎样解释这些实验现象呢？物体是由不停运动的带电微怎样解释这些实验现象呢？物体是由不停运动的带电微粒组成的，按照经典的电磁理论，带电微粒的振动相当于粒组成的，按照经典的电磁理论，带电微粒的振动相当于交变电流，所以这些分子、原子就是一个个小天线，它们交变电流，所
5、以这些分子、原子就是一个个小天线，它们具有各种能量，可以向外辐射或接收电磁波但是基于这具有各种能量，可以向外辐射或接收电磁波但是基于这种认识的一系列研究结果都和实验规律不一致种认识的一系列研究结果都和实验规律不一致 1900年，德国物理学家普朗克做出了一个大胆的年，德国物理学家普朗克做出了一个大胆的假设，解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世假设，解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识界的认识 普朗克认为，粒子的能量只能是某一最小能量值普朗克认为，粒子的能量只能是某一最小能量值E的整数倍例如，可能是的整数倍例如，可能是E或或2E、3E当带电微粒辐当带电微粒辐射或吸收能量时，也是
6、以这个最小能量值为单位一份一射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的这个不可再分的最小能量值份地辐射或吸收的这个不可再分的最小能量值E叫作叫作能量子在微观世界中，能量不能连续变化，只能取分能量子在微观世界中，能量不能连续变化，只能取分立值的现象，叫作能量的量子化立值的现象，叫作能量的量子化 栏目链接栏目链接 根据普朗克的能量子假设推算出的黑体辐射规律根据普朗克的能量子假设推算出的黑体辐射规律和观测事实符合得很好，但是能量量子化的观点违背日和观测事实符合得很好，但是能量量子化的观点违背日常生活经验，当时没有被人接受，即使普朗克本人也踌常生活经验，当时没有被人接受，即使普朗
7、克本人也踌躇不决后来，爱因斯坦勇敢地接受了量子化的观点，躇不决后来，爱因斯坦勇敢地接受了量子化的观点，成功地解释了光电效应，才使量子论走上了进一步发展成功地解释了光电效应，才使量子论走上了进一步发展的道路的道路 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接1黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射(1)热辐射：我们周围的一切物体都在辐射热辐射：我们周围的一切物体都在辐射_，这种辐射与物体的这种辐射与物体的_有关，所以叫作热辐射物有关，所以叫作热辐射物体的温度升高，热辐射中体的温度升高，热辐射中_的成分越来越强的成分越来越强(2)黑体：如果某种物体能够黑体：如果某种物体能够_入射的各入射的各种波长的电磁波而种波长的电
8、磁波而_，这种物体就是绝对，这种物体就是绝对黑体，简称黑体黑体，简称黑体 栏目链接栏目链接电磁波电磁波温度温度较短波长较短波长完全吸收完全吸收不发生反射不发生反射 (3)黑体辐射：一般物体辐射电磁波的情况除与黑体辐射：一般物体辐射电磁波的情况除与_有关外，还与有关外，还与_及及_有有关，而黑体辐射电磁波的强度按关，而黑体辐射电磁波的强度按_的分布只与黑的分布只与黑体的体的_有关有关2黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律(黑体辐射的强度与波长的黑体辐射的强度与波长的关系关系)黑体辐射实验中，随着温度的升高，一方面，各种黑体辐射实验中，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度波长的辐射强度_；另
9、一方面，辐射强度的；另一方面，辐射强度的极大值向极大值向_的方向移动的方向移动 栏目链接栏目链接温度温度材料的种类材料的种类表面状况表面状况波长波长温度温度都有增加都有增加波长较短波长较短 3能量子：超越牛顿的发现能量子：超越牛顿的发现(1)能量量子化：宏观物体的能量是能量量子化：宏观物体的能量是_；而普；而普朗克认为微观粒子的能量是朗克认为微观粒子的能量是_的，或说微观粒子的，或说微观粒子的能量是的能量是_的，即带电微粒的能量只能是某一最的，即带电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，其值为常量，其值为h_.栏目链接栏目链接连续的连续的量子化量子化分立分立整数整数h电磁波的频率电磁波的频率6.6261034 Js 栏目链接栏目链接1 黑体与黑体辐射黑体与黑体辐射 栏目链接栏目链接1热辐射热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同度而有所不同 栏目链接栏目链接 2黑体黑体(1)定义：在热辐射的同时，物体表面还
11、会吸收和反射外定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波如果一些物体能够完全吸收投射到其表界射来的电磁波如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体黑体，简称黑体(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关与黑体的温度有关注：注：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关及表面状况有关 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接1能
12、量子能量子(1)能量子的定义能量子的定义振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整的整数倍例如，可能是数倍例如，可能是或或2、3当带电微粒辐射或吸收能当带电微粒辐射或吸收能量时，也就是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收量时，也就是以这个最小能量为单位一份一份地辐射或吸收时这个不可再分的最小能量值时这个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 栏目链接栏目链接2 能量量子化能量量子化超越牛顿的发现超越牛顿的发现 栏目链接栏目链接h 是电磁波的频率，是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗是一个常量，后被称为普朗克常量
13、克常量(Planck constant)，其值为，其值为h6.6261034 Js (3)能量的量子化能量的量子化 在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化这种现象叫作能量的量子化 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 3普朗克的量子化假设的意义普朗克的量子化假设的意义 普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质普朗克的能量子假设，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响普朗克常量的影响普朗克常量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，它体现了微观世界的基本特征体现了微观世界的基本特征 栏目链接栏目链接例例氦氦氖激光器发出波长为氖激光器发出波长为633 nm的激光，当激光的激光，当激光器的输出功率为器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为时，每秒发出的光子数为()A2.21015 个个B3.21015 个个C2.21014 个个 D3.21014 个个变变 式式迁迁 移移 栏目链接栏目链接变变 式式迁迁 移移 栏目链接栏目链接
