黑体辐射-课件-课件-沪科版.ppt

1、1、黑体辐射黑体辐射2、光电效应、光电效应3、光子与光的二象性、光子与光的二象性4、光合作用、光合作用5、粒子的波动性、粒子的波动性波粒二象性波粒二象性 光是怎样发射和吸收的？在研究黑体辐光是怎样发射和吸收的？在研究黑体辐射实验曲线时，根据波动理论所得到的公式射实验曲线时，根据波动理论所得到的公式与实验结果有差异。暜朗克与实验结果有差异。暜朗克1900年提出了量年提出了量子假设，解决了以上矛盾。子假设，解决了以上矛盾。1905年爱因斯坦年爱因斯坦假定电磁辐射的能量是由大小为假定电磁辐射的能量是由大小为 的量子的量子组成。物体吸收或发射光的能量只能是组成。物体吸收或发射光的能量只能是 的的正数倍

2、。光子具有能量，还具有动量。光的正数倍。光子具有能量，还具有动量。光的波粒二象性。用统一的理论来描述，导致了波粒二象性。用统一的理论来描述，导致了量子电动力学的诞生。量子电动力学的诞生。hh 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长固体或液体，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。所辐射电磁波的而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征仅与温度有关。特征仅与温度有关。固体在温度升高时颜色的变化固体在温度升高时颜色的变化1400K800K1000K1200K1.1.热辐射现象热辐射现

3、象9.1 黑体辐射黑体辐射物体可辐射能量也可吸收能量，当辐射和吸收的能物体可辐射能量也可吸收能量，当辐射和吸收的能量恰相等时称为量恰相等时称为热平衡热平衡。此时物体温度恒定不变。此时物体温度恒定不变。单色辐出度单色辐出度dTdMTM),(),(单位时间、单位表面积、单位时间、单位表面积、上所辐射出的，单位波长上所辐射出的，单位波长间隔中的能量。间隔中的能量。辐射出射度辐射出射度单位时间、单位表面积、单位时间、单位表面积、上所辐射出的各种波长上所辐射出的各种波长电磁波的能量。电磁波的能量。0),()(dTMTM能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和

4、透射的物体称为折射和透射的物体称为绝对黑体绝对黑体。简称黑体。简称黑体2.2.黑体辐射实验规律黑体辐射实验规律 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,可近似看可近似看作作黑体黑体。黑体模型黑体模型 研究黑体辐射的研究黑体辐射的规律是了解一般物体规律是了解一般物体热辐射性质的基础。热辐射性质的基础。o实验值/m)(0TM维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线12345678黑体辐射实验是物理学晴朗天空中黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。一朵令人不安的乌云。3.3.能量子假说：能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看辐射黑体分子

5、、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。但作谐振子，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，在这些状是这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的可态中，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具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为称为能量子）的整数倍，即：能量子）的整数倍，即：,1,1,2,2,3,3,.n n.n n为正整数，称为为正整数，称为量子数。量子数。对于频率为对于频率为的谐振子最小能量为的谐振子最小能量为能量能量量子量子经典经典h 普朗克后来又为这种与经典

6、物理格格不入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，他才坚定地相信告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反的引入确实反映了新理论的本质。映了新理论的本质。1918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秒尔格 271062.6hVGRKA+_9.2 光电效应光电效应一、实验规律：一、实验规律：1、用频率一定的单色光实验、用频率一定的单色光实验cu02miV1mi2I1Ii2、保持频率

7、一定、增加光强：、保持频率一定、增加光强：a、I随随V的增大而增大的增大而增大,饱和电流饱和电流b、I=0 时所对应的电势差称为遏止电势差时所对应的电势差称为遏止电势差cucu反映光电子逸出时的最大动能反映光电子逸出时的最大动能cmeumv221C、与光强无关与光强无关cu3、与光的频率有关与光的频率有关cucu0aNaC0u0uKucK为直线的斜率，是普适为直线的斜率，是普适恒量，对所有金属都一样恒量，对所有金属都一样0u为直线在为直线在 轴上的截距，各金属不同。轴上的截距，各金属不同。cu00221euekukemv实验测定实验测定ek即为普朗克常数即为普朗克常数当当 时，无论光强多大，都

8、不会有光电子逸出。时，无论光强多大，都不会有光电子逸出。0只要只要 ，无论光强如何，光电子几乎立刻逸出。，无论光强如何，光电子几乎立刻逸出。00称为金属的红限频率称为金属的红限频率ku00二、波动理论的困难二、波动理论的困难1、电子的逸出功应决定于光强；、电子的逸出功应决定于光强；2、任何频率的光，只要有足够的光强，都应该产生光电效应；、任何频率的光，只要有足够的光强，都应该产生光电效应；3、电子积累能量需要时间，光电效应不是瞬时的。、电子积累能量需要时间，光电效应不是瞬时的。9-3 9-3 光子与光的二象性光子与光的二象性1.爱因斯坦的光子理论：爱因斯坦的光子理论：光是以光速运动的粒子流，这

9、些粒子称为光量子或光子，光是以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子或光子，光子的能量是光子的能量是 hNhAhmvm2212.光电效应方程光电效应方程A逸出功逸出功光强决定于单位时间内通过单位面积的光子数光强决定于单位时间内通过单位面积的光子数N.单色光单色光的光强是的光强是 光子只能作为一个整体被发射和吸收。光子只能作为一个整体被发射和吸收。由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律效应的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。v从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到红从光电效应方程中，当初动能为零时，可得

10、到红限频率限频率.v从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。与实验方程比较可得成线性关系。与实验方程比较可得 K K 值。值。hA0ehK eKAeKh,或Ahmvm221)(0 eKeaU22chccmhchmcp3.3.光的波光的波-粒二象性粒二象性光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双光不仅具有波动性，还具有粒子性。这种双重性称为波重性称为波-粒二象性。粒二象性。波动性和粒子性之间的联系如下：波动性和粒子性之间的联系如下：h 分别为光子的能量、质量和动量。分别为光子的能量、质量和动量。mp例例18-3 18-3 波长波长 4.04.01

11、010-7-7m m的单色光照射到金属铯的单色光照射到金属铯 上，求铯所释放的光电子最大初速度。上，求铯所释放的光电子最大初速度。Ahmvm221利用关系利用关系0hAc代入已知数据代入已知数据m/s1050.65mv解：铯原子红限频率解：铯原子红限频率 =4.81014 Hz，据爱据爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能：01、电子的逸出与频率有关，、电子的逸出与频率有关，2、光强的大小说明光子数的多少，影响到饱和电流。、光强的大小说明光子数的多少，影响到饱和电流。3、光子是一个整体而被电子吸收，不需要时间积累。、光子是一个整体而被电子吸收，不需要时间积

12、累。0m0 质量质量能量能量动量动量 爱因斯坦爱因斯坦“因在数学物理方面的成就，尤其发因在数学物理方面的成就，尤其发现了光电效应的规律现了光电效应的规律”，获得了，获得了1921年诺贝尔物年诺贝尔物理奖。理奖。2chmhE hchmcp 例：某金属的逸出功为例：某金属的逸出功为A，用频率为用频率为 的光照射该的光照射该 金属能产生光电效应，求金属的红限频率，金属能产生光电效应，求金属的红限频率，问遏止电势差是多少，问遏止电势差是多少101解：解：红限頻率满足红限頻率满足hAAh00遏止电势差遏止电势差hekhAeVVKVa000而而0ehVa所以所以9-4 光合作用光合作用光学作用：将光能转变

13、为稳定化学能的过程。光学作用：将光能转变为稳定化学能的过程。2222)(OOCHOHCOh9-5 粒子的波动性粒子的波动性一、微观粒子的波粒二象性一、微观粒子的波粒二象性1.1.德布罗意假设德布罗意假设那么实物粒子也应具有波动性。那么实物粒子也应具有波动性。L.V.de Broglie（法，法，1892-1986）从自然界的从自然界的对称性对称性出发出发,认为认为:既然光既然光(波波)具有粒子性，具有粒子性，hmcE2hmvp二二.实验验证实验验证电子衍射实验电子衍射实验(1)戴维逊戴维逊革末实验（革末实验（19271927年）年）真空真空电子枪电子枪掠射角掠射角I IN Ni i单晶单晶U

14、U实验装置示意图实验装置示意图假如电子具有波动性假如电子具有波动性，应满足应满足布喇格公式布喇格公式 ,kU.ksind3213122 电子经加速电势差为电子经加速电势差为U U的电场加速后，的电场加速后，eUvm2021动量：动量：eUmvm00202meUv 速度：速度：相应的德布罗意波长：相应的德布罗意波长：eUmhph02动能：动能：U25.12 ()（2 2）G.P.汤姆逊（汤姆逊（19271927年）年）电子通过金属多晶薄膜的衍射实验电子通过金属多晶薄膜的衍射实验.衍衍射射图图象象 实实验验原原理理1929年年 德布洛意获诺贝尔物理奖。德布洛意获诺贝尔物理奖。1937年年 戴维逊戴

15、维逊 与与 G.P.汤姆逊获诺贝尔物理奖。汤姆逊获诺贝尔物理奖。波的观点波的观点：亮处，干涉加强，亮处，干涉加强，合振幅大，光强大合振幅大，光强大；暗处，干涉消弱，合振幅小，光强小。暗处，干涉消弱，合振幅小，光强小。在某处德布罗意波的振幅平方在某处德布罗意波的振幅平方与该处粒子出现的几率成正比与该处粒子出现的几率成正比例题例题1 1：m=0.01kg，v=300m/s的子弹的子弹mmhph341021.230001.0341063.6 难以测量难以测量;“宏观物体只表现出粒子性宏观物体只表现出粒子性”极其微小极其微小;例题例题18-9 试估算热中子的得布罗意波长试估算热中子的得布罗意波长(中子

16、的质量中子的质量 mn=1.6710-27)。解解:热中子是指在室温下热中子是指在室温下(T=300K)与周围处于热平衡的与周围处于热平衡的 中子中子,它的平均动能：它的平均动能：eVKKJkT038.01021.6300211038.1232323 它的方均根速率：它的方均根速率：smkgJmn270027211067.11021.622 相应的得布罗意波长：相应的得布罗意波长：nmsmkgsJmhn15.01273427001067.11063.6 对波粒二象性的理解对波粒二象性的理解(1)(1)粒子性粒子性 “原子性原子性”或或“整体性整体性”不是经典的粒子不是经典的粒子,抛弃了抛弃了“

17、轨道轨道”概概念念(2)(2)波动性波动性 “弥散性弥散性”“”“可叠加性可叠加性”“”“干涉干涉”“”“衍射衍射”“”“偏振偏振”具有频率和波矢具有频率和波矢 不是经典的波不是经典的波 不代表实在的物理量的波动不代表实在的物理量的波动德布罗意：法国理论物理学家，巴黎大学教授，31岁时（1923年）在他的博士论文中提出了物质波的理论，两年后薛定鄂在他的思想基础上创立了波动力学，德布罗意的贡献闻名于世，1927年，电子波动性为实验所证实，他为此而获得诺贝尔物理学奖。1、再长的路一步一步得走也能走到终点，再近的距离不迈开第一步永远也不会到达。2、从善如登，从恶如崩。3、现在决定未来，知识改变命运。

18、4、当你能梦的时候就不要放弃梦。5、龙吟八洲行壮志，凤舞九天挥鸿图。6、天下大事，必作于细；天下难事，必作于易。7、当你把高尔夫球打不进时，球洞只是陷阱；打进时，它就是成功。8、真正的爱，应该超越生命的长度、心灵的宽度、灵魂的深度。9、永远不要逃避问题，因为时间不会给弱者任何回报。10、评价一个人对你的好坏，有钱的看他愿不愿对你花时间，没钱的愿不愿意为你花钱。11、明天是世上增值最快的一块土地，因它充满了希望。12、得意时应善待他人，因为你失意时会需要他们。13、人生最大的错误是不断担心会犯错。14、忍别人所不能忍的痛，吃别人所不能吃的苦，是为了收获别人得不到的收获。15、不管怎样，仍要坚持，

19、没有梦想，永远到不了远方。16、心态决定命运，自信走向成功。17、第一个青春是上帝给的；第二个的青春是靠自己努力的。18、励志照亮人生，创业改变命运。19、就算生活让你再蛋疼，也要笑着学会忍。20、当你能飞的时候就不要放弃飞。21、所有欺骗中，自欺是最为严重的。22、糊涂一点就会快乐一点。有的人有的事，想得太多会疼，想不通会头疼，想通了会心痛。23、天行健君子以自强不息；地势坤君子以厚德载物。24、态度决定高度，思路决定出路，细节关乎命运。25、世上最累人的事，莫过於虚伪的过日子。26、事不三思终有悔，人能百忍自无忧。27、智者，一切求自己；愚者，一切求他人。28、有时候，生活不免走向低谷，才

20、能迎接你的下一个高点。29、乐观本身就是一种成功。乌云后面依然是灿烂的晴天。30、经验是由痛苦中粹取出来的。31、绳锯木断，水滴石穿。32、肯承认错误则错已改了一半。33、快乐不是因为拥有的多而是计较的少。34、好方法事半功倍，好习惯受益终身。35、生命可以不轰轰烈烈，但应掷地有声。36、每临大事，心必静心，静则神明，豁然冰释。37、别人认识你是你的面容和躯体，人们定义你是你的头脑和心灵。38、当一个人真正觉悟的一刻，他放弃追寻外在世界的财富，而开始追寻他内心世界的真正财富。39、人的价值，在遭受诱惑的一瞬间被决定。40、事虽微，不为不成；道虽迩，不行不至。41、好好扮演自己的角色，做自己该做

21、的事。42、自信人生二百年，会当水击三千里。43、要纠正别人之前，先反省自己有没有犯错。44、仁慈是一种聋子能听到、哑巴能了解的语言。45、不可能！只存在于蠢人的字典里。46、在浩瀚的宇宙里，每天都只是一瞬，活在今天，忘掉昨天。47、小事成就大事，细节成就完美。48、凡真心尝试助人者，没有不帮到自己的。49、人往往会这样，顺风顺水，人的智力就会下降一些；如果突遇挫折，智力就会应激增长。50、想像力比知识更重要。不是无知，而是对无知的无知，才是知的死亡。51、对于最有能力的领航人风浪总是格外的汹涌。52、思想如钻子，必须集中在一点钻下去才有力量。53、年少时，梦想在心中激扬迸进，势不可挡，只是我

22、们还没学会去战斗。经过一番努力，我们终于学会了战斗，却已没有了拼搏的勇气。因此，我们转向自身，攻击自己，成为自己最大的敌人。54、最伟大的思想和行动往往需要最微不足道的开始。55、不积小流无以成江海，不积跬步无以至千里。56、远大抱负始于高中，辉煌人生起于今日。57、理想的路总是为有信心的人预备着。58、抱最大的希望，为最大的努力，做最坏的打算。59、世上除了生死，都是小事。从今天开始，每天微笑吧。60、一勤天下无难事，一懒天下皆难事。61、在清醒中孤独，总好过于在喧嚣人群中寂寞。62、心里的感觉总会是这样，你越期待的会越行越远，你越在乎的对你的伤害越大。63、彩虹风雨后，成功细节中。64、有

23、些事你是绕不过去的，你现在逃避，你以后就会话十倍的精力去面对。65、只要有信心，就能在信念中行走。66、每天告诉自己一次，我真的很不错。67、心中有理想 再累也快乐68、发光并非太阳的专利，你也可以发光。69、任何山都可以移动，只要把沙土一卡车一卡车运走即可。70、当你的希望一个个落空，你也要坚定，要沉着！71、生命太过短暂，今天放弃了明天不一定能得到。72、只要路是对的，就不怕路远。73、如果一个人爱你、特别在乎你，有一个表现是他还是有点怕你。74、先知三日，富贵十年。付诸行动，你就会得到力量。75、爱的力量大到可以使人忘记一切，却又小到连一粒嫉妒的沙石也不能容纳。76、好习惯成就一生，坏习惯毁人前程。77、年轻就是这样，有错过有遗憾，最后才会学着珍惜。78、时间不会停下来等你，我们现在过的每一天，都是余生中最年轻的一天。79、在极度失望时，上天总会给你一点希望；在你感到痛苦时，又会让你偶遇一些温暖。在这忽冷忽热中，我们学会了看护自己，学会了坚强。80、乐观者在灾祸中看到机会；悲观者在机会中看到灾祸。