能量量子化

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19世纪末,牛顿定律在各个领域都取得了巨大的成就,在机械运动方面,在分子物理方面,成功的解释了压强、温度、气体的内能,在电磁学方面,麦克斯韦建立了一个能推断一切电磁现象的麦克斯韦方程组,提出的能量守恒定律适用于整个目前已知的自然界,这些伟大的胜利,让许多物理学家都沉浸在其中,很多物理学家认为物理学已经发展到头了。

1900年,在英国皇家学会的新年庆祝会上,物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:物理科学大厦已经基本完成,后辈物理学家们只需要做一些零零碎碎的修补工作就行了。

开尔文勋爵的意思就是说,物理学已经没有什么新的东西了,后辈们只要把做过的实验在做一做,在实验数据后面添加小数点就行。

但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家,在讲过上面那句话后,他还提到:“但是,在物理学晴朗天空的远处,还有两朵令人不安的乌云”。

两朵令人不安的乌云一个是黑体辐射,另一个是光速问题。

这两朵乌云最后发展成为一场科学革命风暴,黑体辐射导致了量子力学的产生,光速问题导致相对论的诞生。

热辐射

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。固体或者气体在任何温度下都会发射各种波长的电磁波,热辐射与温度有关。

固体在温度升高时颜色的变化

黑体与黑体辐射

能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射,折射和透射的物体称为绝对黑体,简称黑体。

黑体模型

黑体辐射的实验规律

测量黑体辐射的实验原理图

如上图所示,加热空腔使其温度升高,空腔就成了不同温度下的黑体,从小孔向外的辐射就是黑体辐射。

黑体辐射实验结果图

实验结果:随温度的升高,各种波长的辐射强度都在增加,绝对黑体的温度升高时,辐射强度的最大值向短波方向移动。

经典物理学所遇到的困难──解释实验曲线(紫外灾难

紫外灾难

1、维恩公式

短波符合,长波不符合。

2、瑞利 ─ 金斯公式

长波符合,短波荒唐。

能量子 超越牛顿的发现

为了得到同实验相符的黑体辐射公式,物理学家普朗克做了多种尝试,进行了激烈的思想斗争,最终在1900年底,普朗克做出了这样的大胆假设:振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的整数倍,当带电微粒辐射或者吸收能量时,也只能是这个最小能量值为单位一份一份辐射或者吸收。这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

ε=hν

ε叫能量子,对于频率为ν的电磁波。h是一个常数,后人称为普朗克常量。

普朗克常量

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h的引入确实反映了新理论的本质。

1918年他荣获诺贝尔物理学奖。

他的墓碑上只刻着他的姓名和普朗克常量。

我们这个世界居然不是连续的!

高中物理知识点总结

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