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1、第6章,相对论与量 子论初步,第2讲量子世界,目标定位 1.通过对简单现象的探究，理解热辐射、黑体、能量子等概念. 2.了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性. 3.了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性. 4.了解德布罗意的物质波假说及意义.,栏目索引 CONTENTS PAGE,一、“紫外灾难”,1.热辐射：因物体中的 受到激发而发射出 的现象，称为热辐射.物体在任何温度下都会发生热辐射现象. 2.黑体：黑体是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想化模型，它是一个能 热辐射而 热辐射的物体.,分子、原子,电磁波,完全吸收,不反射,3.“紫外灾难”： (1)实
2、验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射波 和 有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波 、 之间关系的实验曲线. (2)“紫外灾难”：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与实验曲线 .这个与实验不符的结果出现在紫外区.,温度,波长,波长,温度T,不符,想一想是否只有高温物体才能辐射出电磁波 答案物体在任何温度下(包括0 以下)都会辐射各种波长的电磁波.只是物体的辐射强度按波长分布情况不同.,二、不连续的能量,1.普朗克的量子说 (1)提出的目的：普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出的. (2)含义：物体辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的 . En (n0,1
3、,2,3，),整数倍,(3)量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子.量子能量的大小取决于辐射的 ，量子的能量与 成正比. h，公式中h ，称为普朗克常量. 普朗克常量是普朗克引进的一个物理普适常数，是微观现象量子特征的表征. 2.量子(化)含义 所谓量子(或量子化)，本质是 .,波长,频率,6.631034 Js,不连续性,三、物质的波粒二象性,1.物理学史 (1)光的微粒说的创始人是 ，可以解释 、 等. (2)光的波动说的代表人物是 . (3)光量子假设的提出者是 ，直到 的发现才验证了光量子假说的正确性.,牛顿,光的反射,光的颜色,惠更斯,爱因斯坦,康普顿,2.光的本质：光具有 ，它在
4、一定条件下，突出地表现出 ，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出 . 3.物质波：物理学家德布罗意进一步提出了 理论，根据这一理论，每个物质粒子都伴随着 ，这种波被称为物质波，又称为 ，戴维孙、革末及汤姆孙的 实验证实了物质波的存在. 4.结论：光与静止质量不为零的物质都具有 .,波粒二象性,微粒性,波动性,物质波,一种波,概率波,电子衍射,波粒二象性,想一想如何理解光的波粒二象性？ 答案光既具有波动性又具有粒子性.大量光子产生的效果显示出波动性，个别(或少量)光子产生的效果显示粒子性；频率低、波长长的光，波动性显著，而频率高、波长短的光，粒子性显著.,一、热辐射和能量量子化 1.
5、热辐射 在任何温度下，任何物体都会发射电磁波.辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同.这是热辐射的一种特性.同一物体在一定温度下所辐射的能量，在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高，光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高.,温馨提示热辐射是热传递的一种方式，它的特点是热不凭借其他物体即可直接传播.,3.原子的能量分布 (1)原子只能处于一系列不连续的能量状态中. (2)原子的不同能量状态对应电子的不同运行轨道，即电子的轨道半径是不连续的. (3)原子的能量状态变化时，要吸收(或辐射)一定频率的光的能量h，因此原子光谱是不连续的.,4.量子假说的“灵魂”有不连续性 温馨提示在宏观
6、世界中，量子化现象几乎显示不出来，因此它的状态变化是连续的，由于在微观世界中主要特征是量子化的，因此在宏观世界中总结出来的规律不能适用于微观世界.,例1关于量子假说，下列说法正确的是() A.为了解决黑体辐射的理论困难，爱因斯坦提出了量子假说 B.量子假说第一次提出了不连续的概念 C.能量的量子化就是能量的不连续化 D.量子假说认为电磁波在空间的传播是不连续的,解析量子假说由普朗克提出，认为电磁波的发射和吸收都是不连续的，是一份一份进行的.它不但解决了黑体辐射的理论困难，而且更重要的是提出了“量子”概念，揭开了物理学上崭新的一页，选项B、C正确. 答案BC,例2太阳光垂直照射到地面上时，地面上
7、1 m2接受太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长约为0.55 m，普朗克常量h6.631034 Js，求地面上1 m2面积上每秒接收到的可见光的光子数.,思路分析先求每个光子的能量 据能量守恒列公式 求解结论,解析由光子能量与波长的关系可求出每个光子的能量，由总能量与每个光子的能量关系求出光子数.,设地面上1 m2每秒钟接收到n个光子 有0.45Pn,答案1.741021个,二、对波粒二象性的理解,1.大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性. 2.光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光
8、的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波.,3.光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系. 4.对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著.,5.实物粒子与波 (1)1924年，法国青年物理学家德布罗意在光具有波粒二象性的启发下，提出了一个大胆的观点：一切实物粒子(如电子、原子、分子等)都具有波粒二象性.德布罗意把实物粒子所对应的波叫物质波，又称为德布罗意波.,温馨提示1.微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性，但极不明显
9、. 2.光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把光当成宏观概念中的波和粒子.光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时显示粒子性.,例3关于光的本性，下列说法中正确的是() A.光子说并没有否定光的电磁说 B.光电效应现象反映了光的粒子性 C.光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的 D.大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性,解析光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律.光子说和电磁说各自能解释光特有的
10、现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的. 答案AB,针对训练下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是() A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子与电子是同样的一种粒子 C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D.大量光子的行为往往显示出粒子性,解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子.,虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静质量，光子不是实物粒子，没有静质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说
11、光子与电子是同样的一种粒子.,光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著.,答案C,1.黑体辐射的“紫外灾难”是指() A.紫色的自然灾害 B.实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故称黑体辐射的“紫外灾难” C.黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫外线 D.黑体温度达到一定值时，物体辐射的全部都是紫色,紫外灾难,答案B,解析实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，随着波长变短，即向紫外区延伸时，计算的结果与实验曲线严重不符，该结果出现在紫外区，称其为黑体辐射的“紫外灾难”，故B正确，A、C、D错误.,不连续的能量 2.最早提出量子假说的物理学家是() A.爱因斯坦 B.牛顿 C.开普勒 D.普朗克,解析普朗克是量子力学的奠基者，被称为量子力学之父.,D,物质的波粒二象性 3.下列说法正确的是() A.光是一种电磁波 B.光是一种概率波 C.光子相当于高速运动的质点 D.光的直线传播只是宏观近似规律,解析不能把光波看做是宏观力学中的介质波、连续波，它实质上是电磁波、概率波； 也不能把光子看做宏观世界中的实物粒子、质点. 答案ABD,
