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1、 材料鉴赏：材料鉴赏：1919世纪末，牛顿定律在各个领域里都取世纪末，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、气分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气 体的内能。体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电在电磁学方面，建立了一个能推断一切电 磁现象的磁现象的 MaxwellMaxwell方程方程。另外还找到了力、电、光、声另外还找到了力、电、光、声-等都遵等都遵 循的规律循的规律-能量转化与守恒定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当时许多物理学家都沉醉于这些成
2、绩和胜 利之中。他们认为物理学已经发展到头了。利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900 1900年，在英国皇家学会的年，在英国皇家学会的 新年庆祝会上，物理学家新年庆祝会上，物理学家开尔文开尔文 勋爵作了展望新世纪的发言勋爵作了展望新世纪的发言: :“ “科学的大厦已经基本完成，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后辈的物理学家只要做一些零碎 的修补工作就行了。的修补工作就行了。” ” ( (开尔文开尔文) )但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的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：科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“ “但是，
3、在物理学晴朗天空的远处，还有但是，在物理学晴朗天空的远处，还有 两朵两朵令人不安的令人不安的乌云乌云，”这两朵乌云是指什么呢？这两朵乌云是指什么呢？黑体辐射实验黑体辐射实验迈克尔逊迈克尔逊- - 莫雷实验莫雷实验后来的事实证明，正是这两朵乌云发展后来的事实证明，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。雨，浇灌着两朵鲜花。普朗克量子力学的诞生普朗克量子力学的诞生相对论问世相对论问世这两朵乌云到底是什么回事呢？这两朵乌云到底是什么回事呢？量子力学量子力学相对论相对论微观领域微观领域高速领域高速领域经典经典 力学力学思考与
4、讨论思考与讨论1:1:在火炉旁边有什么感觉在火炉旁边有什么感觉? ?投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会投在炉中的铁块开始是什么颜色？过一会 有是什么颜色？有是什么颜色？实验：加热铁实验：加热铁固体或液体，在任何温度下都在辐射各种波长 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。所辐射电磁波的 特征与温度有关。固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K例如：铁块 温度 从看不出发光到暗红到橙色到黄白色一、热辐射现象无论是高温物体还是低温物体，都有热无论是高温物体还是低温物体，都有热 辐射，所辐射的能量及波长的分布都随温度辐射，所辐射的能量及
5、波长的分布都随温度 而变化。而变化。 例如，铁块随着温度例如，铁块随着温度升高：升高： 现象：现象： 表明：表明：辐射强度及波长的分布随温度变化；辐射强度及波长的分布随温度变化； 随着温度升高，随着温度升高，电磁波的短波成分电磁波的短波成分增加。增加。不发光不发光 暗红暗红 赤红赤红 橘红橘红 黄白色黄白色注意：注意： 激光、日光灯发光不是热辐射激光、日光灯发光不是热辐射热平衡状态：热平衡状态：物体的温度恒定时，物体所吸物体的温度恒定时，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。时得到的辐射称为平衡热辐射。思考与讨论思考
6、与讨论2 2：一座建设中的楼房一座建设中的楼房 还没安装窗子，尽管室内已经粉刷还没安装窗子，尽管室内已经粉刷 ，如果从远处看窗内，你会发现什，如果从远处看窗内，你会发现什 么？为什么？么？为什么？二、黑体与黑体辐射二、黑体与黑体辐射物体表面能够吸收和反射外物体表面能够吸收和反射外 界射来的电磁波。界射来的电磁波。如果一个物体在任何温度下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，对任何波长的电磁波都完全吸 收，而不反射与透射，则称这种收，而不反射与透射，则称这种 物体为物体为绝对黑体绝对黑体，简称，简称黑体黑体。不透明材料制成不透明材料制成 的带小孔的空腔的带小孔的空腔 。说明：说
7、明：黑体是个理想化的模型。黑体是个理想化的模型。例：例：开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作开孔的空腔，远处的窗口等可近似看作 黑体。黑体。 对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相 同的。同的。一般物体的辐射一般物体的辐射与温度、材料、表面状况与温度、材料、表面状况 有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分 布布只与黑体的温度有关只与黑体的温度有关。三、黑体辐射的实验规律三、黑体辐射的实验规律研究黑体辐射的规律是了解一般物体热研究黑体辐射的规律是了解一般物体热 辐射性质的基础。辐射性质的基础。 1 1、测量黑体辐射的实验原理图
8、、测量黑体辐射的实验原理图：加热空腔使其温度升高，空腔就成了不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同温度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑 体辐射。体辐射。T平行光管三棱镜T T。2 2、辐射强度：、辐射强度：单位时间内从物体单位面积上所发射的各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。种波长的总辐射能，称为辐射强度。发现：发现：随温度的升高随温度的升高各种波长的辐射强各种波长的辐射强 度都在增加；度都在增加； 绝对黑体的温度升绝对黑体的温度升 高时，辐射强度的最高时，辐射强度的最 大值向短波方向移动大值向短波方向移动辐射强度辐射
9、强度维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫 外外 灾灾 难难o o实验值实验值/ /mm1 12 23 34 45 56 67 78 83 3、经典物理学所遇到的困难、经典物理学所遇到的困难解释实验曲线解释实验曲线一朵令人不安的乌云一朵令人不安的乌云 1 1）维恩的半经验公式）维恩的半经验公式 ：短波符合；长波不符合短波符合；长波不符合 2 2）瑞利）瑞利-金斯公式：金斯公式：长波符合；短波荒唐长波符合；短波荒唐 -紫外灾难紫外灾难 普朗克能量子假说普朗克能量子假说 辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能辐射物体中包含大量振动着的带电微粒，它们的能 量是某一最小能量的整数倍量是某一最小能
10、量的整数倍 E=E=n n n n=1,2,=1,2, 叫能量子，简称量子，叫能量子，简称量子，n n为量子数，它只取正整数为量子数，它只取正整数 能量量子化能量量子化 谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量谐振子只能一份一份按不连续方式辐射或吸收能量 对于对于频率为频率为 的谐振子，最小能量为：的谐振子，最小能量为：=h h h=6.62610-34Js 普朗克常量 四、能量子：超越牛顿的发现四、能量子：超越牛顿的发现辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子 ，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这 些谐振子只能处
11、于某些分立的状态，在这些状些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状 态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许 的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量 （称为能量子）的整数倍，即：（称为能量子）的整数倍，即：11，22，33， . . n n 。n n为正整数，称为为正整数，称为量子数。量子数。能量能量 量子量子经典经典意义意义：（阅读书本：（阅读书本p29p29）PlanckPlanck抛弃了经典物理中的能量可连续变抛弃了经典物理中的能量可连续变 化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧化、物体辐射或吸收的能量可
12、以为任意值的旧 观点，提出了观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量只能量子、物体辐射或吸收能量只 能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。能一份一份地按不连续的方式进行的新观点。 这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开这不仅成功地解决了热辐射中的难题，而且开 创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律 的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量的认识已经从从宏观领域进入微观领域，为量 子力学的诞生奠定了基础。子力学的诞生奠定了基础。黑体辐射公式：黑体辐射公式：19001900年年1010月月1919日，普日，普 朗克在德国物理学会会议朗克在德国物理学会会议
13、 上提出一个黑体辐射公式上提出一个黑体辐射公式M.PlanckM.Planck 德国人德国人 1858185819471947(m(m) )9 94 47 7普朗克普朗克实验值实验值1 12 23 35 56 68 8普朗克后来又为这种与经典物理格格不普朗克后来又为这种与经典物理格格不 入的观念入的观念深感不安深感不安，只是在经过十多年的努，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，他才坚定地相信而告终之后，他才坚定地相信 h h 的引入确实的引入确实 反映了新理论的本质。反映了新理论的本质。19181918年他荣获诺贝尔物
14、理学奖年他荣获诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和他的墓碑上只刻着他的姓名和【例例1 1】下列叙述正确的是（下列叙述正确的是（ ）A A一切物体都在辐射电磁波一切物体都在辐射电磁波B B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有一般物体辐射电磁波的情况只与温度有 关关C C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只 与黑体温度有关与黑体温度有关D D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电黑体能够完全吸收入射的各种波长的电 磁波磁波ACDACD【例例2 2】炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就 可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理可以估计出炉
15、内的温度，这是根据什么道理? ? 答案答案 根据热辐射的规律可知，当物体的温度根据热辐射的规律可知，当物体的温度 升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强， 可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少 ，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、 绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉 内光的颜色大致估计炉内的温度内光的颜色大致估计炉内的温度【例例3 3】对应于对应于3.43.4 l0l0-l9-l9J J的能量子，其电磁辐的能量子，其电磁辐 射的频率和波长各是多少？它是什么颜色？射的频率和波长各是多少？它是什么颜色？ 解析解析 根据公式根据公式=hh和和=c/c/得得 =/=/h h=5.13=5.13 10101414HzHz = =c c/=5.85/=5.85 1010-7-7mm 5.135.13 1010-14-14HzHz的频率属于黄光的频率范围，的频率属于黄光的频率范围， 它是黄光，其波长为它是黄光，其波长为5.855.8
