文档介绍：第二章波和粒子

19世纪末页,牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功:在机械运动方面不用说,在分子物理方面,成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面,建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到了尽头。
1900年,在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:
“科学的大厦已经基本完成,
后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
--开尔文--
也就是说:物理学已经没有什么新东西了,后一辈只要把做过的实验再做一做,在实验数据的小数点后面在加几位罢了!
但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家,就在上面提到的文章中他还讲到:
“但是,在物理学晴朗天空的远处,还有两朵令人不安的乌云”
这两朵乌云是指什么呢?
一朵与迈克尔逊实验有关,另一朵与黑体辐射有关。
(1900年底),就从第二朵乌云中降生了量子论,紧接着(1905年)从第一朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇,物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村
固体或液体,在任何温度下都在发射各种波长的电磁波,这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
1400
K
800
K
1000
K
1200
K
1. 热辐射现象
第二朵“乌云”—“紫外灾难”
任何物体任何温度均存在热辐射
温度发射的能量
电磁波的短波成分
如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯
昏黄色
贼亮刺眼
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
2. 黑体辐射实验规律
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。
黑体模型
研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。
黑体模型
空腔上的小孔
炼钢炉上的小洞
向远处观察打开的窗子
近似黑体
平衡态时黑体辐射只依赖于物体的温度,与构成黑体的材料形状无关
0 1 2 3 4 5 6
λ
(μm)
1700K
1500K
1300K
1100K
实验结果
o
实验值
/μm
维恩线
瑞利--金斯线
紫
外
灾
难
普
朗
克
线
1
2
3
4
5
6
7
8
黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。