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大多数人想改造这个世界,但却极少数人想改造自己
但最终确是极少数改造自己的人改造了世界
——列夫·托尔斯泰
选择性必修三
力学、电学、光学
电磁波的
粒子性认识
原子结构的认识
波粒二象性
选择性必修三 第四章 原子结构和波粒二象性
1
普朗克黑体辐射理论
近代物理学
经典物理
经典力学
经典电磁场理论
经典统计力学
三大支柱
相对论
量子论
两大基石
从宏观深入到原子内的微观世界
建立了新的时空观，并将牛顿力学作为一种特例概括其中。
是天体物理和宇宙学的理论基础，也是亚原子世界微观物理学的理论基础。
宏观、低速依然正确
量子论的建立是20世纪物理学的最大成就之一
量子论
使人们认识了微观世界的运动规律，发展了对原子、分子等微观粒子进行有效操控和测量的技术
原子围栏
人们认识量子规律的第一步是如何迈出的呢？
量子论始于解决热辐射问题
铁块从发热到发光的颜色变化
复习回顾
1.一切物体都在辐射与物体的温度有关电磁波
热辐射
2.同一物体辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同
3.物体表面同时还会吸收和反射外界射来的电磁波。
不发光物体的颜色
随着温度升高，电磁波的短波成分增加
就是反射光所致
实际物体热辐射
外来各种波长的辐射能
发射各种波长的热辐射能
热辐射的辐射强度与温度、物体种类及其表面情况有关
（随物而异）
（随物而异）
反射某些波长的辐射能
吸收某些波长的辐射能
（随物而异）
思考1：怎么研究具有普遍意义热辐射客观规律呢？
不透明体
处于某一温度
T
不可避免
全部
不
冶金工业和恒星研究需要研究热辐射的规律
一、黑体与黑体辐射
1.黑体
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就是绝对黑体，简称黑体。
理想模型
已知物体都能辐射红外线（电磁波）
“完美的”吸收器、发射器
2.黑体辐射的特点
电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
这样的辐射更能反映具有普遍意义的热辐射客观规律
烟煤
一、黑体与黑体辐射
思考3：黑体一定是“黑"的吗？
太阳可以近似看成黑体
炼钢炉的小孔
700K以下是黑色的
不透明的材料制成带小孔的的空腔， 可近似看作黑体。
3.黑体不一定是“黑"的
思考2：黑体是如何吸收电磁波的呢？
辐射可见光
小结：
二、黑体辐射的实验规律
1.同一温度下
2.不同温度下
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。
辐射强度与辐射电磁波的波长（频率）有关，中间有一个极大值
1）不同温度辐射强度不同，温度升高各种波长的辐射强度都有增加
2）温度越高，辐射强度的极大值越大
3）辐射强度的极大值随温度升高向波长短的方向移动
3. 经典物理学的困难
1) 维恩公式：
2) 瑞利公式：
── 紫外灾难
二、黑体辐射的实验规律
半经验
短波符合，长波不符合
长波符合，短波荒唐
完全由经典理论推导而出
4. 普朗克公式
二、黑体辐射的实验规律
普朗克做了多种尝试后找到了与实验吻合的数学公式
引入能量子的概念
三、能量子
1.定义：组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε 的整数倍。这个不可再分的最小能量值 ε 叫作能量子。
2.表达式
ε ＝ hν
1）ν是带电微粒的振动频率
即带电微粒吸收或辐射电磁波的频率
波源的频率
2）h 常量
普朗克常量
h＝6.62607015×10-34
J·s
带电微粒辐射或吸收能量E=nε n=1,2,…
能量量子化
四、能量量子化——物理学的新纪元
1.1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门。1918年获诺奖。
2.1900年，爱因斯坦从苏黎世联邦工业大学毕业，5年后受量子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效应。1921年获诺奖。
3.1900年15岁的玻尔(Niels Bohr)正在哥本哈根的中学里读书。13年后，他提出了原子轨道量子化，成功解释了氢原子发光现象。1922年获诺奖
4.1900年，康普顿8岁，23年后，通过实验最终使物理学家们确认光量子图景的实在性，1927年获诺奖。
四、能量量子化——物理学的新纪元
超越牛顿的发现
5.1900年德布罗意8岁，24年后他提出了物质波的概念，1929年获得诺奖。
面对量子论的发展与成功，以及科学界的批评，普朗克最终放弃了倒退的立场。
普朗克曾努力把自己提出的能量子假说纳入已有的经典物理学的框架
思考与练习
2.在一杯开水中放入一支温度计，可以看到开水的温度是逐渐降低的。根据能量量子化理论，开水的能量是一份一份向外辐射的，为什么它的温度不是一段一段地降低呢？
1.可见光波长的大致范围是400 760 nm。
400 nm、760 nm 电磁辐射的能量子ε的值是多少？
h＝6.63×10-34J·S
估算即可

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