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《能量量子化说》 文言文讲物理,译文如下: 把铁块放进火炉,开始只发热不发光;随着温度升高,颜色由暗红、赤红到橘红、黄白。颜色的变化不是铁的性质变了,而是温度升高造成的。那么光是从哪里来的呢?这就是热辐射问题。 一切物体内部都存在着不停运动的带电微粒,它们的振动会产生变化的电磁场,从而向外辐射电磁波,这种现象叫热辐射。温度较低时,辐射主要是长波,人眼看不见;温度升高后,短波成分增强,于是就能看到光。 如果有一种物体,能把所有射到它表面的电磁波都吸收,而不反射,它发出的辐射只与温度有关,这种理想物体叫黑体。实验发现,黑体辐射的强弱随波长变化,温度越高,辐射总能量越大,而辐射最强的位置对应的波长越短,这就是黑体辐射规律。 但用经典电磁理论计算时,短波部分的能量会趋于无限大,与实验严重不符,这就是紫外灾难,说明经典物理在这里遇到了根本困难。 德国物理学家普朗克为了符合实验结果,经过反复思考,不得不提出一个大胆假设:微观振子的能量不是连续变化的,而只能是一份一份的最小能量的整数倍。这种最小不可分的能量叫能量子,其大小为 e = hν。 这个假设刚提出时,普朗克本人也很犹豫,当时的物理学家大多不能接受,但用它计算黑体辐射却与实验完全符合,紫外灾难由此得到解决。 爱因斯坦在此基础上进一步提出:不仅能量是量子化的,电磁场本身也是不连续的,光是由一个个能量子组成的,这些能量子叫光子。 在原子内部,电子的能量也只能取某些固定值,叫能级。电子在不同能级之间跃迁时,会吸收或放出光子。由于能级是分立的,原子光谱也只呈现出一条条分立的谱线,氢原子光谱正是这一现象的证据。 回顾这段历史可以看到:最初人们试图用连续的经典理论解释一切自然现象,但一次黑体辐射问题就暴露了它的局限。普朗克提出量子假说,并非刻意革新,而是为了解决现实矛盾;爱因斯坦在此基础上进一步发展,打开了微观世界的大门。从热辐射到光子,从能量量子化到原子能级跃迁,物理学由此发生了根本转折。这说明,自然规律并不取决于人的想象,而以实验事实为准;科学的发展,往往始于质疑,终于变革。#物理 #高中物理 #量子力学
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