第十二章 量子物理基础.pptVIP

* 第十二章 量子物理基础 1．了解描述热辐射的几个物理量，掌握绝对黑体辐射的两条实验规律。 2．了解普朗克提出的“能量子”的概念。 3．理解光电效应和康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释。 4．理解光的波粒二象性。 5．了解德布罗意提出的物质波的概念，理解实物粒子的波粒二象性，记住德布罗意关系式。了解电子衍射实验。 6．了解测不确定度关系式的意义。 7．了解波函数的概念及其统计解释，了解一位定态的薛定谔方程。了解能量量子化的概念。 8．了解描述原子中电子运动状态的四个量子数。 一、基本要求 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仅与温度有关。 §12-1 热辐射 普朗克的量子假设 固体在温度升高时颜色的变化 1400 K 物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。 800 K 1000 K 1200 K 一、 热辐射现象 二、 基尔霍夫辐射定律 单色辐出度 与物体的温度和辐射波长有关。 1. 单色辐出度：单位时间内，温度为T 的物体单位面积上发射的波长在 到 范围内的辐射能量 与波长间隔 的比值，用 表示。 2.辐射出射度:单位时间内，从物体单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为物体的辐射出射度，简称辐出度。 辐出度只是物体温度的函数。 单色吸收比和单色反射比:被物体吸收的能量与入射能量之比称为吸收比,在波长 到 范围内的吸收比称为单色吸收比,用 表示;反射的能量与入射能量之比称为反射比,波长 到 范围内的反射比称为单色反射比,用 表示。 3.绝对黑体:若物体在任何温度下,对任何波长的辐射能的吸收比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。 基尔霍夫辐射定律:在同样的温度下,各种不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比之比值都相等,并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。 即好的吸收体也是好的辐射体。 三、 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。 P L2 B2 A L1 B1 C 测定黑体辐出度的实验简图 A为黑体 B1PB2为分光系统 C为热电偶 1700K 1500K 1300K 1100K 0 1 2 3 4 5 绝对黑体的辐出度按波长分布曲线 实验曲线 黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比： 根据实验得出黑体辐射的两条定律： 热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。 斯特藩常数 （1） 斯特藩-玻耳兹曼定律 对于给定温度T ，黑体的单色辐出度 有一最大值,其对应波长为 。 热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。 （2） 维恩位移定律 例题1实验测得太阳辐射波谱的 ，若把太阳视为黑体，试计算（1）太阳每单位表面积上所发射的功率，（2）地球表面阳光直射的单位面积上接受到的辐射功率，（3）地球每秒内接受的太阳辐射能。（已知太阳半径RS=6.96×108m,地球半径RE=6。37×106m,地球到太阳的距离d=1.496×1011m.) 解 根据维恩位移定律 根据斯特藩-玻尔滋蔓定律可求出辐出度，即单位表面积上的发射功率 太阳辐射的总功率 这功率分布在以太阳为中心、以日地距离为半径的球面上，故地球表面单位面积接受到的辐射功率 由于地球到太阳的距离远大于地球半径，可将地球看成半径为RE的圆盘，故地球接受到太阳的辐射能功率 维恩经验公式 问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式 四、 普朗克量子假设 这个公式与实验曲线波长短处符合得很好，但在波长很长处与实验曲线相差较大。 瑞利--金斯经验公式 这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近，但在短波区，按此公式， 将随波长趋向于零而趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。 维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符，明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。 为了解决上述困难，普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和