高中物理 第五章 經(jīng)典力學(xué)的成就與局限性 3 初識(shí)量子論課件 教科版必修2

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1、5.3 5.3 初識(shí)量子論（選學(xué)）初識(shí)量子論（選學(xué)）19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取世紀(jì)末頁(yè)，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。方程。另外還找到了力、電、光、聲另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循等都遵循的規(guī)律的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。物理

2、學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。 1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上,著名物理學(xué)家開(kāi)爾文勛著名物理學(xué)家開(kāi)爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言: “科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了。了?！?-開(kāi)爾文開(kāi)爾文-也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)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！的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)

3、數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！ 但開(kāi)爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上但開(kāi)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：面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，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)。另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。然而然而, 事隔不到一年事隔不到一年(1900年底年底)，就從，就從第一朵第一朵烏云中降生了量子論烏云中降生了量子論，緊接著，緊接著(1905年年)從第從第二朵烏云中降

4、生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無(wú)路山重水復(fù)疑無(wú)路, 柳暗花明又柳暗花明又一村一村一、量子論的基本內(nèi)容1、量子論認(rèn)為微觀世界的某些物理量不能連續(xù)變化而只能取某些分立值，相鄰兩分立值之差稱該物理量的一個(gè)量子（1）普朗克解釋黑體輻射。 如果一個(gè)物體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無(wú)反如果一個(gè)物體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無(wú)反射，這種物體就叫做黑體。射，這種物體就叫做黑體。 黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任何頻率的電磁波黑體的溫度升高時(shí)可以輻射出任

5、何頻率的電磁波(包括可包括可見(jiàn)光和不可見(jiàn)光見(jiàn)光和不可見(jiàn)光)。 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋。 所謂能量子就是能量的最小單元。微觀領(lǐng)域里能量的變所謂能量子就是能量的最小單元。微觀領(lǐng)域里能量的變化總表現(xiàn)為電磁波的輻射與吸收，不同頻率的電磁波其能量化總表現(xiàn)為電磁波的輻射與吸收，不同頻率的電磁波其能量子的值不同，表達(dá)式為：子的值不同，表達(dá)式為： 其中，其中，是電磁波的頻率，是電磁波的頻率，h是一個(gè)普遍適用的常量，稱是一個(gè)普遍適用的常量，稱作作。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得h 6.631034Js。 在微觀領(lǐng)域里能量的不連續(xù)變化，即只能取分立值的現(xiàn)

6、在微觀領(lǐng)域里能量的不連續(xù)變化，即只能取分立值的現(xiàn)象，叫做能量的量子化。象，叫做能量的量子化。（2）愛(ài)因斯坦解釋光電效應(yīng)。1 1）. .定義：定義：在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象 叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。2)2)光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象 叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。猜想猜想: :具備哪些條件才可能發(fā)發(fā)生光電效應(yīng)規(guī)律具備哪些條件才可能發(fā)發(fā)生光電效應(yīng)規(guī)律, ,要發(fā)生與哪些因素有關(guān)要發(fā)生與哪些因

7、素有關(guān)? ? 1 1）與光的強(qiáng)度有關(guān)嗎）與光的強(qiáng)度有關(guān)嗎? ?2 2）與光的顏色即與光的頻率有關(guān)嗎？）與光的顏色即與光的頻率有關(guān)嗎？3 3）與光照射時(shí)間有關(guān)嗎？）與光照射時(shí)間有關(guān)嗎？4 4）與被照射的材料有關(guān)嗎？）與被照射的材料有關(guān)嗎？3 3） 光電效應(yīng)規(guī)律光電效應(yīng)規(guī)律 光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，時(shí)間不超過(guò)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，時(shí)間不超過(guò)10109 9s.s.任何金屬都有一個(gè)能產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低照射光任何金屬都有一個(gè)能產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低照射光 頻率，叫做頻率，叫做極限頻率極限頻率光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大， 而與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)

8、。而與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)。光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比得出結(jié)論:光電效應(yīng)的發(fā)生與否,與光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),與照射時(shí)間 的長(zhǎng)短無(wú)關(guān),與光的頻率、金屬材料的種類(lèi)有關(guān)。 思考思考為什么說(shuō)光的波動(dòng)理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？為什么說(shuō)光的波動(dòng)理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？ 回想一回想一下光的波動(dòng)下光的波動(dòng)理論是怎樣理論是怎樣描述光的能描述光的能量的呢？量的呢？1 1、波動(dòng)理論無(wú)法解釋極限頻率、波動(dòng)理論無(wú)法解釋極限頻率2 2、光電子最大初動(dòng)能的大小應(yīng)與光強(qiáng)有關(guān)，與、光電子最大初動(dòng)能的大小應(yīng)與光強(qiáng)有關(guān)，與 頻率無(wú)關(guān)頻率無(wú)關(guān) 波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)的矛盾波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)的矛盾3

9、3、弱光照射時(shí)應(yīng)有能量積累過(guò)程，不應(yīng)瞬時(shí)發(fā)生、弱光照射時(shí)應(yīng)有能量積累過(guò)程，不應(yīng)瞬時(shí)發(fā)生光的波動(dòng)理論在解釋光電光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來(lái)，愛(ài)因斯坦在普朗克量子化來(lái)，愛(ài)因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)說(shuō)說(shuō)普朗克普朗克愛(ài)因斯坦愛(ài)因斯坦hE 光子說(shuō)光子說(shuō)愛(ài)因斯坦在愛(ài)因斯坦在19051905年提出，在空間中傳播的年提出，在空間中傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子光子的能量和頻率成正比：光子的能量和頻率成正比：hE hE

10、hE 2、一切微觀粒子具有波粒二象性 微觀粒子在一定條件下顯示波動(dòng)性，在有的條件下顯示粒子性。當(dāng)粒子的質(zhì)量或者能量越大時(shí)，其波動(dòng)性就越不明顯。故宏觀物體可以看成只具有粒子性。光既具有波的特性又具有粒子的特性。光既具有波的特性又具有粒子的特性。 這就是光的這就是光的。 在宏觀上，大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動(dòng)性；在宏觀上，大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動(dòng)性； 在微觀上，個(gè)別光子在與其他物質(zhì)產(chǎn)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性。在微觀上，個(gè)別光子在與其他物質(zhì)產(chǎn)生作用時(shí)，往往表現(xiàn)為粒子性。1）.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有；2）.光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)等說(shuō)明光具有光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)等說(shuō)明光具有。3、由于微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊規(guī)律性，使一個(gè)微觀粒子的某些物理量不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值。 微觀粒子的位置和動(dòng)量，其中一個(gè)量越確定，另一個(gè)量就越不確定。二、量子論的作用量子力學(xué)的建立，標(biāo)志著人們對(duì)于客觀世界的認(rèn)識(shí)從宏觀深入到微觀世界。極大的地加速了原子物理學(xué)的發(fā)展，為核物理學(xué)和粒子物理學(xué)準(zhǔn)備了理論基礎(chǔ)，對(duì)化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展也起到了巨大的促進(jìn)作用。