撥開黑體輻射的烏云.ppt

撥開黑體輻射的烏云 第一節(jié) 19世紀(jì)末頁 牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功 在機(jī)械運(yùn)動方面不用說 在分子物理方面 成功地解釋了溫度 壓強(qiáng) 氣體的內(nèi)能 在電磁學(xué)方面 建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程 另外還找到了力 電 光 聲 等都遵循的規(guī)律 能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 當(dāng)時許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績和勝利之中 他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了 1900年 在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上 著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言 也就是說 物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了 后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做 在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家 就在上面提到的文章中他還講到 這兩朵烏云是指什么呢 一朵與黑體輻射有關(guān) 另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān) 然而 事隔不到一年 1900年底 就從第一朵烏云中降生了量子論 緊接著 1905年 從第二朵烏云中降生了相對論 經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動搖 物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域 正可謂 山重水復(fù)疑無路 柳暗花明又一村 固體或液體 在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波 這種由于物體中的分子 原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射 所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān) 固體在溫度升高時顏色的變化 1 熱輻射現(xiàn)象 黑體與黑體輻射 一 熱輻射及其特點(diǎn) 1 熱輻射 由于分子熱運(yùn)動導(dǎo)致物體輻射電磁波溫度不同時輻射的波長分布不同 例如 鐵塊溫度 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色 這種與溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射熱輻射 熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程 2 對熱輻射的初步認(rèn)識 任何物體任何溫度均存在熱輻射 溫度 發(fā)射的能量 電磁波的短波成分 如一個20瓦的白熾燈和一個200瓦的白熾燈 昏黃色 賊亮刺眼 直覺 低溫物體發(fā)出的是紅外光熾熱物體發(fā)出的是可見光高溫物體發(fā)出的是紫外光注意 熱輻射與溫度有關(guān)激光日光燈發(fā)光不是熱輻射 二 平衡熱輻射加熱一物體物體的溫度恒定時 物體所吸收的能量等于在同一時間內(nèi)輻射的能量 這時得到的輻射稱為平衡熱輻射 能全部吸收各種波長的輻射能而不發(fā)生反射 折射和透射的物體稱為絕對黑體 簡稱黑體 2 黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律 不透明的材料制成帶小孔的的空腔 可近似看作黑體 黑體模型 研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ) 黑體模型 空腔上的小孔煉鋼爐上的小洞 向遠(yuǎn)處觀察打開的窗子近似黑體 平衡態(tài)時黑體輻射只依賴于物體的溫度 與構(gòu)成黑體的材料形狀無關(guān) 實(shí)驗(yàn)裝置 T 平行光管 三棱鏡 T 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云 3 能量子假說 輻射黑體分子 原子的振動可看作諧振子 這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能 但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài) 在這些狀態(tài)中 諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值 相應(yīng)的能量是某一最小能量 稱為能量子 的整數(shù)倍 即 1 2 3 n n為正整數(shù) 稱為量子數(shù) 對于頻率為 的諧振子最小能量為 能量 量子 經(jīng)典 m 1235689 4 7 普朗克 實(shí)驗(yàn)值 普朗克的能量子假說和黑體輻射公式 1 黑體輻射公式1900 10 19普朗克在德國物理學(xué)會會議上提出一個黑體輻射公式 M Planck德國人1858 1947 普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安 只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后 他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì) 1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎 他的墓碑上只刻著他的姓名和 黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前 紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了 為人類解決了一大難題 使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰 但真理與謬誤之爭就此平息了嗎 物理難題 1888年 霍瓦 Hallwachs 發(fā)現(xiàn)一個帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會放電 近10年以后 1897年 J Thomson發(fā)現(xiàn)了電子 此時 人們認(rèn)識到那就是從