1、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头了。,材料鉴赏：,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-,William Thomson, 1st Baron Ke
2、lvin,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，”,“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-,这两朵乌云是指什么呢？,后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成 为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春 雨，浇灌着两 朵鲜花。,一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊 实验有关。,普朗克量子力学的诞生,相对论问世,然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从
3、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”。,量子力学,相对论,微观领域,高速领域,经典力学,1 能量量子化,电磁波波速、波长、频率的关系,1.在火炉旁边有什么感觉？ 2.投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会有是什么颜色?（观看视频）,固体在温度升高时颜色的变化,加热铁,不发光,暗红,赤红,橘红,黄白色,阅读课本P27:三自然段,一切物体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波
4、的特征与温度有关。,固体在温度升高时颜色的变化,1. 热辐射现象,一、黑体与黑体辐射,（1）热辐射的特点,由于分子热运动导致物体辐射电磁波a.温度不同时辐射的波长分布不同,例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色,这种与温度有关的辐射称为热辐射b.热能转化为电磁能的过程,（2）对热辐射的初步认识,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20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯,昏黄色,贼亮 刺眼,（2）对热辐射的初步认识,任何物体任何温度均存在热辐射,一般物体不只是自身辐射电磁波，还会吸收、反射其他物体的电磁波，一般材料的物体辐射电磁波的情况，除了和温度有
5、关外还与材料的种类及表面状况有关（P27）。,思考：在研究物体热辐射时，如何排除物体反射其他物体热辐射的影响呢？,研究只是辐射而不反射电磁波的物体更具有普遍意义,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,（3）平衡热辐射,物体的温度恒定时，物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，这时得到的辐射称为平衡热辐射。,从远处观察我们上课的教学楼，打开的窗子与关闭的窗子有什么不同？为什么？,想一想:课本P27思考与讨论,（1） 能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体称为绝对黑体。简称黑体,不透明的材料制
6、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。,一、黑体与黑体辐射,2、黑体,黑体模型,空腔上的小孔 炼钢炉上的小洞,向远处观察打开的窗子 近似黑体,黑体辐射只依赖于物体的温度,与构成黑体的材料 形状无关,黑体是个理想化的模型。例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作黑体。 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。 一般物体的辐射与温度、材料的种类及表面状况有关，但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。,（2）几点说明：,加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑
7、体辐射。,二、黑体辐射的实验规律,测量黑体辐射的实验原理图,1、测量黑体辐射的实验原理图,阅读课本P27-28:四自然段,黑体辐射的特点: 随温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加； 随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。,实验结果,2、辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。,3、经典物理学所遇到的困难解释实验曲线,1) 维恩的公式： 短波符合，长波不符合 2) 瑞利 金斯公式： 长波符合，短波荒唐 紫外灾难,黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。,利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理
8、论。这就是能量子概念.,普朗克能量子假说-1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍。例如，可能是或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的辐射或吸收的。 这个不可再分的最小能量值叫做能量子。,对于频率为的电磁波最小能量为,能量,量子,经典,三、能量子 超越牛顿的发现,h = 6.62610 34 Js 普朗克常量,课本P28-29:与宏观中能量区别,维恩线,0,实验值,（m）,1,2,3,4,5,6,7,8,瑞利-金斯线,四、普朗克能量子理论成功解释黑体辐射,9,普朗克的能量子假说和黑体辐射公式,
9、1.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,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？,2、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
10、。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？,本节小结,1、黑体与黑体辐射 2、黑体辐射的实验规律 3、能量子,当堂训练,ACD,1.下列叙述正确的是( ) A.一切物体都在辐射电磁波 B.一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关 D.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波,ABD,2.对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确
11、的是( ) A.以某一个最小能量值一份一份地辐射或吸收 B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量是量子化的,3.光是一种电磁波,可见光的波长的大致范围是400700 nm。求400 nm、700 nm电磁辐射的能量子的值各是多少?,激光 日光灯发光不是热辐射,激光是介质分子在外来能量的激发下跃迁到可以产生受激辐射的能级。 或一些在高能级的介质分子随机跃迁到低能级而产生的光子-激光； 日光灯发光是通电灯丝在高温下激发出电子撞击灯管壁的荧光粉发光的，可见激光、日光灯发光都不属于热辐射，也就是不属于电能转化为热能的。,紫外灾难,紫外灾难，是指用于计算黑体辐射强度的瑞利金斯定律在辐射频率趋向于无穷大时计算结果和实验数据无法吻合的物理史事件。,1911年，奥地利物理学家埃伦费斯特用“紫外灾难”来形容经典理论的困境。关于黑体辐射强度的计算有另外一条在短波中适用的维恩公式，普朗克使用插值法将两个公式化成了一条公式也即普朗克公式，并为了解释这个半经验公式的准确性提出了能量量子化假设。,
