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

5.3 5.3 初識量子論（選學(xué)）初識量子論（選學(xué)）19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，得了很大的成功：在機械運動方面不用說，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、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了強、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)象的一個能推斷一切電磁現(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)時許多能量轉(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。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。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)家開爾文勛著名物理學(xué)家開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工作就行后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補工作就行了。了?！?-開爾文開爾文-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驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(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驗有關(guān)。另一朵與邁克爾遜實驗有關(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生了相對論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈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。正可謂領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路山重水復(fù)疑無路, 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量子（1）普朗克解釋黑體輻射。 如果一個物體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反如果一個物體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射，這種物體就叫做黑體。射，這種物體就叫做黑體。 黑體的溫度升高時可以輻射出任何頻率的電磁波黑體的溫度升高時可以輻射出任何頻率的電磁波(包括可包括可見光和不可見光見光和不可見光)。 黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(jīng)典物理學(xué)的理論解釋。黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經(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是一個普遍適用的常量，稱是一個普遍適用的常量，稱作作。由實驗測得。由實驗測得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)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)射出來的電子叫光電子。叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫光電子。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)射出來的電子叫光電子。叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫光電子。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)生與哪些因素有關(guān)? ? 1 1）與光的強度有關(guān)嗎）與光的強度有關(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）與光照射時間有關(guān)嗎？）與光照射時間有關(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)生幾乎是瞬時的，時間不超過光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，時間不超過10109 9s.s.任何金屬都有一個能產(chǎn)生光電效應(yīng)的最低照射光任何金屬都有一個能產(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能隨入射光頻率的增大而增大，光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大， 而與入射光強度無關(guān)。而與入射光強度無關(guān)。光電流強度與入射光的強度成正比光電流強度與入射光的強度成正比得出結(jié)論:光電效應(yīng)的發(fā)生與否,與光的強弱無關(guān),與照射時間 的長短無關(guān),與光的頻率、金屬材料的種類有關(guān)。 思考思考為什么說光的波動理論無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？為什么說光的波動理論無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？ 回想一回想一下光的波動下光的波動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、波動理論無法解釋極限頻率、波動理論無法解釋極限頻率2 2、光電子最大初動能的大小應(yīng)與光強有關(guān)，與、光電子最大初動能的大小應(yīng)與光強有關(guān)，與 頻率無關(guān)頻率無關(guān) 波動理論在解釋光電效應(yīng)時的矛盾波動理論在解釋光電效應(yīng)時的矛盾3 3、弱光照射時應(yīng)有能量積累過程，不應(yīng)瞬時發(fā)生、弱光照射時應(yīng)有能量積累過程，不應(yīng)瞬時發(fā)生光的波動理論在解釋光電光的波動理論在解釋光電效應(yīng)時遇到了巨大的困難。后效應(yīng)時遇到了巨大的困難。后來，愛因斯坦在普朗克量子化來，愛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)說說普朗克普朗克愛因斯坦愛因斯坦hE 光子說光子說愛因斯坦在愛因斯坦在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，每一份叫做一個光量子，簡稱光子叫做一個光量子，簡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 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，其波動性就越不明顯。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)為波動性；在宏觀上，大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動性； 在微觀上，個別光子在與其他物質(zhì)產(chǎn)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性。在微觀上，個別光子在與其他物質(zhì)產(chǎn)生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性。1）.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有；2）.光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)等說明光具有光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)等說明光具有。3、由于微觀粒子運動的特殊規(guī)律性，使一個微觀粒子的某些物理量不可能同時具有確定的數(shù)值。 微觀粒子的位置和動量，其中一個量越確定，另一個量就越不確定。二、量子論的作用量子力學(xué)的建立，標(biāo)志著人們對于客觀世界的認(rèn)識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)，對化學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展也起到了巨大的促進(jìn)作用。