第七章 紫外灾难和普朗克的量子假说.ppt

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1、上一代人能取得自然知识的如此神奇进展，应归功于人们从传统思想束缚下获得的这一解放。——玻尔紫外灾难和普朗克的量子假说一.紫外灾难二.普朗克独步一时的研究§1.紫外灾难和普朗克的量子假说19世纪末，由于冶金等各方面的需求，人们急于知道辐射强度与光波长之间的函数关系。单靠实验逐一找对应点的方法，犹如钝刀子割肉。当时维恩和瑞利-金斯分别发表了两个公式，试图解决这一问题。紫外灾难和普朗克的量子假说维恩像一.紫外灾难1.辐射强度随波长变化的规律图:波长强度0紫外灾难和普朗克的量子假说2.维恩定律在短波区和实验结果符

2、合，而在长波区不符。ρ是辐射能密度，ν是频率，T是温度。紫外灾难和普朗克的量子假说3.瑞利——金斯定律在长波区和实验结果符合，而在短波区不符。而且当波长接近紫外时，计算出的能量为无限大!紫外灾难和普朗克的量子假说但瑞利、金斯两人得出的共识，是根据经典物理的理论严密推导的，瑞利和金斯也是物理学界公认的治学严谨的人，理论值与实验值在短波区的北辙南辕，使人们不得不称之为“紫外灾难”。紫外灾难也就是经典物理的灾难。紫外灾难和普朗克的量子假说瑞利像1.普朗克(1858-1947)紫外灾难和普朗克的量子假说诞生在德国

3、，中学毕业后，踌躇于物理和音乐之间，老师劝他不要选物理，但普朗克选了物理并于1879年获得博士学位。二.普朗克独步一时的研究2.普朗克的内插公式将维恩公式和瑞利公式综合在一起，理论值与实验结果符合得较好。当ν→0，即在长波范围，普朗克定律变为瑞利——金斯公式。当ν→∞，即在短波范围，又与维恩定律一致。紫外灾难和普朗克的量子假说3.普朗克的能量子假设普朗克写道:“即使这个新的辐射公式证明是绝对精确的，但若仅仅是一个侥幸揣测出来的公式，它的价值也只能是有限的。”普朗克并不满足于自己的一得之功。他大胆地将热力学

4、的熵与能量的分配相联系，独创了能量子理论。紫外灾难和普朗克的量子假说1900年12月14日，普朗克提出了一个假设，即能量可以划分成n个相等的小份，每个小份叫能量子，每个能量子又与频率成正比，比例系数为h。这一天，被称为量子力学的生日。只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。——恩格斯紫外灾难和普朗克的量子假说h——普朗克常数，就好象普罗米修斯从天上引来的一粒火种，使人们从传统思想的束缚下获得了解放!黑体辐射，光电效应，原子光谱，康普顿效应等都是普朗克假说的发展结果，是经典物理所不能解释的。紫外灾难和普

5、朗克的量子假说普朗克于1918年获诺贝尔奖。这个发现将人类的观念——不仅是有关经典科学的观念，而且是有关通常思维方式的观念的基础砸得粉碎。——玻尔普朗克像紫外灾难和普朗克的量子假说一.光电效应二.经典理论无法解释光电效应现象三.爱因斯坦的光量子四.物理规律中的辩证法§2.爱因斯坦的光量子理论金属受到光照射后释放出电子的效应。1887年，由赫兹首先发现。爱因斯坦的光量子理论一.光电效应二.经典理论无法解释光电效应现象普朗克在热辐射理论中所提出的能量子理论，启发了爱因斯坦。爱因斯坦的光量子理论三.爱因斯坦的光

6、量子爱因斯坦认为能量ε=hν不仅以形式发射，也以同样的方式一份份被吸收，光是由具有粒子性的光子所组成。他说：“光量子钻进物体的表面层，……把它的全部能量给予了单个电子……”提出了著名的光电效应方程：爱因斯坦的光量子理论，一语中的，圆满地解释了光电子效应，使量子概念进一步深入人心，并因此获得诺贝尔物理奖。爱因斯坦的光量子理论可见，若仅仅认为光只具有波动性，就无法解释光电效应，同样若只承认光的粒子性，就无法解释它的干涉、衍射现象，二者都不能对光以全面科学的解释。光的波粒二象性是光的波动性与粒子性的矛盾对立统一

7、。爱因斯坦的光量子理论四.物理规律中的辩证法一.原子模型的历史演变二.卢瑟福的核式结构§3.卢瑟福的原子核式结构电子的发现，引起了人们对原子内部结构的兴趣，但都莫衷一是。1.长岗的土星模型:1904年，提出土星卫环模型。2.J·J·汤姆逊西瓜模型：正电荷像西瓜瓤，负电荷像西瓜子分布其上。卢瑟福的原子核式结构一.原子模型的历史演变1.卢瑟福(1871-1937)后从事教学与科研，1907年获诺贝尔化学奖。卢瑟福的原子核式结构生于新西兰一个偏远的小城镇，有兄弟姐妹12人，但身体很好，18岁获奖学金上大学。后又

8、获得英国剑桥大学留学的资格。卢瑟福像二.卢瑟福的核式结构卢瑟福的原子核式结构在独创的科学研究中，我从未见过有比卢瑟福先生更加热情和干练有为的学生。——J·J·汤姆逊卢瑟福和盖革在实验室2.α射线的大角散射J·J·汤姆逊：“原子内的正电荷是均匀地分布在原子中的，而并非呈粒子状态。”而卢瑟福认为应该用带电粒子碰撞去试探。卢瑟福的原子核式结构1909年，卢瑟福和盖革、马登思，用氦核轰击厚度为10-6米的金箔，起初盖革没看到什么现象，