选择性必修 第三册 · 人教版
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17 量子论的诞生

免费读1253字2024-07-22

  老师:同学们好,今天我和大家一起回顾一下量子论的诞生过程。2世纪初,以牛顿力学为核心的经典物理学已经取得了伟大的成就,但是同时也遇到了一些难以克服的困难,其中在研究热辐射问题的时候就是其中一个困难。那么科学家在遇到这些困难的时候是怎样解决的?

  老师:热辐射就在我们的身边,大家思考当我们站在火炉旁的时候,有什么样的感觉?肯定感觉到热,那么热是怎么传递过来的?是通过热辐射传递过来的。我们观察偷在炉中的铁块开始是什么颜色,过一会儿又变成了什么颜色。扣在炉中的铁块儿,开始的时候是暗红色,随着温度的变化,颜色也发生了改变,从暗红变到了橘红,然后到黄色到黄白色,随着颜色的变化,辐射的强度也发生了改变。我们前面学习光学指导,颜色改变说明辐射电磁波的频率发生了变化,那么从暗红到赤红到橘红到黄白,那么显然它的频率是一次增加的,这是我们前面学习光学的时候,颜色跟光的频率有关,这是我们掌握的。那么什么是热辐射?一切物体在任何温度下都在辐射电磁波,因为辐射的时候和物体的温度有关,因此我们把它叫做热辐射。那么热辐射的物体它辐射的时候跟什么有关系?有什么样的规律?显然我们知道热辐射与物体的温度有关,并且通过刚才我们思考的生活当中的现象,偷造火炉当中的铁块颜色的变化,我们知道辐射强度按波长的分布随着温度的改变也有所不同。物体在使温的时候,热辐射的主要成分是波长较长的电磁波,这时候不能引起人们的视觉,当温度升高的时候,热辐射中短波波长的成分越来越强。我们知道在研究物体热辐射过程当中,物体除了辐射电磁波之外,还会反射电磁波。那么如何避免在研究热辐射问题过程当中反射电磁波的影响?有没有完全吸收电磁波的物体,那它又是怎么吸收的?如果某种物体能够完全吸入各种波长的电磁波而不发生反射,这时候我们就把这种物体成为绝对黑体,简称黑体。比如说,如果某种物体能够完全吸入宿舍的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体。

  老师:当然,绝对黑体是一个理想化的模型。最早提出黑体这个理想化模型的是德国物理学家吉尔霍夫。生活中我们会有这样的感觉,在一座建设中的楼房中,还没有安装窗子,尽管室内已经粉刷,但是从远处观察,室内的亮度与墙体外边的亮度相比,会显得黑暗得多。这是为什么呢?我们思考,一方面路射的光线反射出来的比较少,另一方面站的比较远,然后能够反射进入人眼的光线与外墙相比就更少,所以看起来比外强要暗得多。如果我们在空腔上开一个小孔,摄入小孔的电磁波在空腔中会发生多次反射和吸收,最终不能从空腔中射出来。这个小孔我们就可以看成一个绝对的黑体,因为没有光线反射回来,不能够反射光线,记住人眼,那么我们看到它就是一个绝对的黑体。现实生活当中,烟煤就是很接近黑体的这样的一种材料。

  老师:那么你就要问了,为什么在研究热辐射的规律时,人们特别关注,或者说特别注意对黑体辐射的研究。因为同温度下,黑体不仅辐

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