二零二三年 优质公开课量子世界.ppt

通过前面的学习，我们知道在19世纪与20世纪之交（1900年前后），许多人认为物理学这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了。只是 “ 物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令人不安的乌云 ” 。 两朵乌云： 迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验 相对论 量子论 热辐射：任何物体在任何温度下都会发射各种波长的电磁波。 当温度达到一定值时，使发射电磁波的波长在可见光波长范围内，就可以看到光。 任何物体都可以发射热辐射，也可以吸收热辐射。 黑体：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。（即光射进去之后完全不反射出来） “紫外灾难” 科学家们通过实验得出：黑体辐射的波长与温度的关系。 T/K λ/μm 物理学家想通过经典物理学理论推导出实验曲线。 瑞利—金斯曲线 实验曲线 普朗克从1894年起投入对黑体辐射的研究，奋斗了6年。在用经典理论无法解释实验结果的情况下，提出了崭新的量子假说，成功的解决了“紫外灾难”的问题。 普朗克的量子假说： 物质辐射的能量是一份一份的，就像物体是由一个一个原子构成的一样。一份能量就是一个量子，量子能量的大小取决于波长，与频率成正比： 是普适常数h=6.63×10-34J·S， 是频率。 而经典物理学认为，能量是连续的。 一、能量的不连续性 1、牛顿是光的微粒说的创始人，认为光是高速运动的粒子流。 可以解释光的反射、光的颜色等。18世纪被大多数人说认可。 但却不能解释光的干涉、衍射等。 二、光的本质是什么？ 2、荷兰物理学家惠更斯认为，光像水波一样，是一种波，称为光波。 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦又提出光是一种电磁波。即光的波动说。 可以解释光的干涉、衍射等 到19世纪末，波动说就取代了微粒说，得到大多数人的认可。 3、但20世纪初，光电效应的出现，人们发现电磁波又没办法解释这一现象。 这时爱因斯坦意识到普朗克量子假设的意义，即能量是量子化的。提出了光量子假设。 爱因斯坦认为：光是不连续的、分成许多单元，具有一定的能量，这些单元就称为光量子。即光也是一份一份的。 光量子即光子。 至此，关于光的本质的认识最终确定为： 光具有波粒二象性 光在一定条件下，突出地表现为微粒性，实质是不连续的。而在另一些条件下，又突出地表现为波动性。 光的波粒二象性 三、物质的波粒二象性 法国物理学家德布罗意通过研究，意识到既然光具有波粒二象性，那么质量不为零的物质粒子（如电子）也应具有波动性。 物质波理论：每个物质的粒子都伴随着波，这种波就叫做物质波，又称为概率波。 德布罗意物质波理论揭示了物质（包括光和电子）的统一性。