6.2 量子世界 一、 “紫外灾难” 1．黑体 黑体是一个理想模型，即一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。 2．紫外灾难 人们发现黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长λ(μm)、温度T(K)之间关系的实验曲线，该实验曲线与从经典物理理论导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”。 二、不连续的能量 1．普朗克的量子假说认为物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的 整数倍。 E＝nε，n＝1,2,3… 2．辐射是由一份份的能量组成的，辐射中的一份能量就是一个量子，量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝hν＝h。公式中的h是普朗克常数，数值为6.626 176×10－34 J·s，这是普朗克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。 三、物质的波粒二象性 1．光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的波粒二象性。 2．德布罗意进一步提出物质波理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又叫概率波。 戴维孙、革末及汤姆孙的电子衍射实验证实了物质波的存在。 3．光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。粒子性或量子性的本质在于不连续性；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波。 1．自主思考———判一判 (1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦。(×) (2)黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关。(√) (3)一个量子就是组成物质的最小微粒，如原子、分子。(×) (4)个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性。(√) (5)光具有波粒二象性说明有的光是波，有的光是粒子。(×) (6)辐射的能量是一份一份的，因此物体的动能也是一份一份的。(×) 2．合作探究———议一议 (1)你觉得夏天穿什么颜色的衣服最热？为什么？ 提示：夏天穿黑色衣服比穿浅色衣服感觉要热得多，因为黑色衣服吸收热辐射的能量多，反射热辐射的能量少，因而感觉要热得多。 (2)按照量子理论，对应于3.4×10－19 J能量的量子，其电磁辐射的频率约是多少？ 提示：根据公式ε＝hν得，ν＝＝ Hz≈5.13×1014 Hz。 (3)宏观物体与微观粒子行为的差异有哪些？二者遵循的运动规律分别是什么？ 提示：宏观物体具有粒子性，遵循经典力学规律；微观粒子同时具有粒子性和波动性，即在微观世界，粒子具有波粒二象性。它们的运动规律无法用经典力学来说明，能够正确描述微观粒子运动规律的基本“武器”是相对论和量子力学。 黑体辐射的理解 1．黑体模型的理解 黑体只是一种理想模型，但如果做一个闭合的空腔，在空腔表面开一个小孔，该空腔就可以模拟黑体，如图6-2-1所示。这是因为从外面射来的辐射，经小孔射入空腔，要在腔壁上经过多次反射，才可能有机会射出小孔。在多次反射过程中，外面射来的辐射几乎全部被腔壁吸收。 图6-2-1 2．黑体辐射实验规律的解释 (1)维恩公式解释：1896年，德国物理学家维恩从热力学理论出发，得到了一个公式，但它只是在短波部分与实验相符，而在长波部分与实验存在明显的差异(如图6-2-2所示)。 (2)瑞利公式解释：1900年，英国物理学家瑞利从经典电磁理论出发推导出一个公式，其预测结果如图6-2-2所示，在长波部分与实验吻合，在短波部分偏差较大，尤其在紫外区域，当波长趋于零时，辐射本领将趋于无穷大，显然这是荒谬的，这种情况被人们称为“紫外灾难”。 图6-2-2 1．黑体辐射的“紫外灾难”是指( ) A．紫色的自然灾害 B．实验曲线与经典物理理论的计算结果不符合，该结果出现在紫外区，故称为黑体辐射的“紫外灾 ... ...
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