能量量子化精品课件ppt.ppt

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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分14001400K K800800K K10001000K K12001200K K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：铁块辐射电磁波铁块辐射电磁波不发光不发光暗红暗红 赤红赤红 橘红橘红 黄白色黄白色变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变

2、电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 1. 1. 一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长一切物体，在任何温度下都在辐射各种波长的电磁波，这种辐射与物体的温度有关的电磁波，这种辐射与物体的温度有关, ,故称为故称为热辐热辐射射。热辐射热辐射辐射电磁波的特性与辐射电磁波的特性与温度有关温度有关。一、热辐射一、热辐射变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电

3、站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分但是强度不同。但是强度不同。热辐射强度按波长热辐射强度按波长( (频率频率) )的分布和温度有关，的分布和温度有关， 高温物体发出的是高温物体发出的是紫外光。紫外光。炽热物体发出的是炽热物体发出的是可见光，可见光，低温物体发出的是低温物体发出的是红外光，红外光， 温度温度 短波长的电磁波的比例短波长的电磁波的比例 。2.2.任何物体（气、液、固）在任何温度下，任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。都会有热辐射。热辐射波谱是热辐射波谱是连续谱，连续谱，

4、各种波长各种波长( (频率频率) )都有，都有，变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3 3、平衡热辐射、平衡热辐射 加热一物体加热一物体 物体的温度恒定时物体的温度恒定时物体所吸收的能量等于在同一物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量时间内辐射的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射这时得到的辐射称为平衡热辐射变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力

5、系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分不透明的材料制成带小孔的的空腔不透明的材料制成带小孔的的空腔, ,可近似看作可近似看作黑体黑体。二二. .黑体

6、及黑体辐射黑体及黑体辐射 1.1.理想的热辐射体是理想的热辐射体是“绝对黑体绝对黑体”，简称，简称“黑体黑体”，它能完全吸收各种波长的辐射能，它能完全吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射而不发生反射，折射和透射. .变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2.2.黑体模型黑体模型带小孔的不透明空腔带小孔的不透明空腔带带小洞的炼钢炉小洞的炼钢炉向远处观察打开的

7、窗子向远处观察打开的窗子近似黑体近似黑体平衡态时平衡态时 黑体辐射只依赖于黑体辐射只依赖于物体的温度物体的温度,与构成黑体的材料与构成黑体的材料 形状无关形状无关3.3.说明：说明：黑体是个理想化的模型。黑体是个理想化的模型。例：例：开开小洞小洞的炼钢炉，远处的窗口等可近似看作黑体。的炼钢炉，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。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，但有关，但黑体辐射电磁波的强度按波长的分布黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度只与黑体的温度有关有关。三

8、、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辐射研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。性质的基础。 1 1、测量黑体辐射的实验原理图、测量黑体辐射的实验原理图： 加热空腔使其温度升高，空腔就成了不同温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体辐射。度下的黑体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。T平行光管平行光管三棱镜三棱镜变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，

9、从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K辐射强度辐射强度: :单位时间内从物体单单位时间内从物体单位面积上所发射的各种波长的位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为辐射强度。总辐射能，称为辐射强度。辐射强度辐射强度发现：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； 辐射强度的最大值辐射强度的最大值向短波方向移动向短波方向移动)(0TM h=6.626 10-34Js 普朗克常量普朗克常量 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

10、看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些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于某些分立的状态，在这些状态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的中，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)3 , 2 , 1(nnhE变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组

11、成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 1900年年12月月14日普朗克在德国物日普朗克在德国物理学会上报告了自己的研究结果，他的理学会上报告了自己的研究结果，他的公式受到欢迎，但他的能量子假说，却公式受到欢迎，但他的能量子假说，却受到冷遇，当时没有人相信他的假说。受到冷遇，当时没有人相信他的假说。 能量子假说的提出，给经典物理学打能量子假说的提出，给经典物理学打开了一个缺口，为量子物理学安放了一开了一个缺口，为量子物理学安放了一块奠基石，宣告量子物理学的诞生。块奠基石，宣告量

12、子物理学的诞生。 PlanckPlanck抛弃了经典物理中的能量可连续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变化、物体辐射或吸收的能量可以为任意值的旧观点，提出了旧观点，提出了能量子、物体辐射或吸收能量能量子、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。只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

13、基础。子力学的诞生奠定了基础。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上提出一个黑体辐射公式上提出一个黑体辐射公式32h kT2hM (T)=ce-1/ /-34h = 6.5510J sM.Planck 德国人德国人 18581947),(0Te 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

14、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焦 秒-34h = 6.62610【例例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

15、，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、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。因此可根据炉内光蓝、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的颜色大致估计炉内的温度 黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，眼前，紫外灾难的疑点找到了紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了，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，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？但真理与谬误之争就此平息了吗？物理难题：物理难题： 18881888年，霍瓦年，霍瓦(Hallwachs)(Hallw

16、achs)发现一个带负电的金发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近属板被紫外光照射会放电。近1010年以后，年以后，18971897年，年，J.ThomsonJ.Thomson发现了电子发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从，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金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们，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？解释会出现什么结果？

17、 问题问题: : 既然灯向外辐射的光能是分立的，一既然灯向外辐射的光能是分立的，一份份的。份份的。 为何我们看不到灯的亮度发生变化？为何我们看不到灯的亮度发生变化？结论：结论：1 1、在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以、在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的认为：物体的运动是连续的, ,能量变化是连续能量变化是连续的的, ,不必考虑量子化不必考虑量子化2 2、在研究微观粒子时必需考虑能量量子化、在研究微观粒子时必需考虑能量量子化问题与结论问题与结论 普朗克理论普朗克理论: : 能量在发射和吸收的时候，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。能量是不是连

18、续不断，而是分成一份一份的。能量是h h 的整数倍。的整数倍。每份能量为每份能量为: : E=hE=hsJh3410626.6900年年12月月14日，普朗克在柏林宣读了他关日，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。那一于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他年他42岁。普朗克把能量子引入物理学岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地正确地破除了破除了”能量连续变化能量连续变化”的传统观念的传统观念,成为现代成为现代物理学思想的基石之一物理学思想的基石之一,为我们打开了量子之门为我们打开了量子之门,就在就在1900年，一个名叫爱因斯坦年，一个名叫爱因斯坦(AlbertEin

19、stein)的青年从苏黎世联邦工业大学的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量年后他受量子化启发提出了光量子子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效成功的解释了光电效应应.就在那一年就在那一年,在丹麦，在丹麦，15岁的玻尔岁的玻尔(NielsBohr)正在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。正在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。学习方面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天学习方面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全才，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名。校有名。

20、13年后他提出了原子轨道量子化年后他提出了原子轨道量子化.德布罗意德布罗意(LouisdeBroglie)当时当时8岁，还正在岁，还正在家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波.再过再过12个月，维尔兹堡个月，维尔兹堡(Wurzberg)的一位著名的一位著名希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡森堡(WernerKarlHeisenberg)呱呱坠地。呱呱坠地。以上人物都将在我们的课文中出现以上人物都将在我们的课文中出现.请同学们请同学们记住他们的名字记住他们的名字.变电站电气主接线是指变电站的变

21、压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分能量的变化竟然是不连续的，这与物理学能量的变化竟然是不连续的，这与物理学界几百年来信奉的界几百年来信奉的“自然界无跳跃自然界无跳跃”的原则的原则直接矛盾，因此量子论出现之后，许多物理直接矛盾，因此量子论出现之后，许多物理学家不予接受。量子论的出现，物理学界最学家不予接受。量子论的出现，物理学界最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克初的反应是极其冷淡的。人

22、们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式，而不那个同实验一致的经验性的辐射公式，而不承认他的理论性的量子假说。承认他的理论性的量子假说。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 遗憾的是，普朗克虽然发现了能量子，但遗憾的是，普朗克虽然发现了能量子，但他不能理解这一发现的意义，对自己的发现长他不能理解这一发现的意义，对自己的发现长期惴惴不安。在发现能量子之后的长

23、达年期惴惴不安。在发现能量子之后的长达年时间，他总想退回到经典物理学的立场。他曾时间，他总想退回到经典物理学的立场。他曾在散步时对儿子说：在散步时对儿子说：“我现在做的事情，要么我现在做的事情，要么毫无意义，要么可能成为牛顿以后物理学上最毫无意义，要么可能成为牛顿以后物理学上最大的发现。大的发现。”变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 普朗克在做出量子假说时已年

24、过四十。普朗克在做出量子假说时已年过四十。他受过严格的经典物理学训练，对经典物理他受过严格的经典物理学训练，对经典物理学十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理学学十分熟悉和热爱。他不愿意同经典物理学决裂，只是迫于事实的压力，才不得不做出决裂，只是迫于事实的压力，才不得不做出能量子的假说。他的能量子假说是不彻底的，能量子的假说。他的能量子假说是不彻底的，他的理论还是以承认电磁波本身的连续性为他的理论还是以承认电磁波本身的连续性为基础的。他把自己的量子假说仅仅局限于振基础的。他把自己的量子假说仅仅局限于振子对电磁波的吸收和发射的特殊性上。子对电磁波的吸收和发射的特殊性上。变电站电气主接线是指变电站的变

25、压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 年，爱因斯坦提出光量子假说，年，爱因斯坦提出光量子假说，成功地解释了光电效应；年，他又将成功地解释了光电效应；年，他又将量子理论运用到固体比热问题，获得成功；量子理论运用到固体比热问题，获得成功；年，玻尔将量子理论引入到原子结构理年，玻尔将量子理论引入到原子结构理论中，克服了经典理论解释原子稳定性的困难，论中，克服了经典理论解释原子稳定性的困难，建立了他的原子结构模型，取得了原子物理学建立了他的原子结构模型，取得了原子物理学划时代的进展；年，康普顿通过实验划时代的进展；年，康普顿通过实验最终使物理学家们确认光量子图景的实在性，最终使物理学家们确认光量子图景的实在性，从而使量子理论得到科学界的普遍承认。从而使量子理论得到科学界的普遍承认。