量子物理1研讨.doc

量子物理 ( Quantum Physics ) 在本世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是狭义相对论(1905年)、广义相对论(1916年)和量子力学(1925年)。 －杨振宁 《爱因斯坦对理论物理学的影响》，1979 引言： 十九世纪末，经典物理(力学、电动力学、热力学和统计物理)已相当成熟，对物理现象本质的认识似乎已经完成。使人感到，经典物理似可解决所有问题(海王星的发现--笔尖上的发现)。J.J.汤姆孙说，“物理学的大厦已基本建成，后辈物理学家只要作些修补工作就行了”。 但刚跨入20世纪，一系列实验现象无法用经典理论解释，在晴朗的物理学天空出现了两朵乌云(紫外灾难；迈克尔孙—莫雷实验)。 这迫使人们跳出传统的物理学框架，去寻找新的解决途径。 人类进入了新的世纪，物理学也进入了新的世纪。 ·近代物理---指从20世纪 发展起来的 相对论 和 量子理论。 ★J.J.Thomson荣获1906年Nobel Prize (for his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases) ☆学习方法：处理好三个关系： ( 形象和抽象 －注意培养抽象思维能力 ( 演绎和归纳 －注意学习归纳法培养创造性思维 ( 物理和技术 －学习应用物理原理在技术上创新 第一章 波粒二象性 §1 黑体辐射 一.热辐射的基本概念 热辐射(heat radiation)： (1)热辐射：辐射能量按频率的分布随温度 而变的电磁辐射。 ·物体由于具有温度而辐射电磁波； 它是由物体内分子、原子的热运动引起 的。 (2)热辐射的基本性质 ·任何物体(气、液、固)在任何 T下都有 热辐射； 热辐射是连续光谱 各种频率都有，但强度不同； (原子光谱---线光谱；分子光谱---带光谱) ·辐射总功率(单位时间辐射总能)和T有 关 T( ( (辐射的能量)( ·热辐射按频率(波长)的分布和T有关 T(( 短波长的电磁波的比例 ( 。 例如，加热铁块，随着温度的升高，由 开始发光→暗红→橙色→兰白色。 (3)平衡热辐射 物体辐射的能量等于在同一时间内所吸 收的能量，物体达到热平衡，称为平衡 热辐射。此时物体具有固定的温度。 ·以下只讨论平衡热辐射。 2.描写热辐射的物理量 (1)光谱辐射出射度M( ·M( 定义：单位时间内从物体单位表面辐 射的频率在 ( 附近单位频率间隔内的电 磁波的能量。 单位为W/m3(Hz · M( 表示辐射能量按频率的分布, 和(、T有关； 和发射体材料及表面情况有关。 (2)总辐射出射度M M定义：单位时间内从物体单位表面辐射 的各种频率的总辐射能。 ·单位： W/m2 M 和T有关； 和发射体材料及表面情况有关。 二.黑体和黑体辐射的基本规律 1.黑体(绝对黑体) 研究热辐射规律，应利用M( 与材料及表 面状态无关的物体。 黑体(blackbody)：任何温度下，能完全吸收照射到它上面的各种频率的光的物体。(理想模型) ·实验表明：一个好的吸收体 也是一个好的发射体 。 对于平衡热辐射，物体辐射的能量和吸收的能量相同，因此 黑体也能辐射各种频率的电磁波 它的辐射的本领最大(和非黑体相比) (2)黑体模型 不透明材料空腔开一个小孔。小孔面积远小于空腔内表面积，射入的电磁波能量几乎全被吸收。 小孔能完全吸收各 种频率的入射电磁 波而成为黑体。 2.黑体的光谱辐射出射度M( 的实验曲线 实验装置 实验曲线 特点： ·是连续谱 ·M(和(、T有关 ·每条曲线有一极值频率( m (极值波长(m) T((( m ( ( (m( ·曲线下面积即为M ，随T单调增加。 3.两个实验定律 (1)斯特藩—玻耳兹曼定律 黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次 方成正比， M = ( T 4 ( = 5