第2章 原子的量子态1.pdf

第二章 原子的量子态：玻尔模型 §6 背景知识 §7 玻尔模型 §8 实验验证之一：光谱 §9 实验验证之二：夫兰克-赫兹实验 §10 玻尔模型的推广 §11 玻尔理论的地位 重点： 玻尔模型， 光谱 §6 背景知识 十九世纪中期，物理学理论在当时看来已经发 展到了相当完善的阶段，一般的物理现象都可以用 相应的理论加以解释。 物体的宏观机械运动，准确地遵从牛顿力学规律； 电磁现象被总结为麦克斯韦方程组； 热现象有完整的热力学及统计物理学； 物理学的上空可谓晴空万里，在这种情况下， 许多物理学家认为物理学的基本规律已完全被揭示， 剩下的工作只是把已有的规律应用到各种具体的问 题上，进行一些计算而已。 到了十九世纪末期，物理学晴朗的天空出现了 几朵令人不安的 “乌云”，物理学中出现了一系 列令人费解的实验现象。物理学遇到了严重的困 难，其中两朵最黑的云分别是 迈克耳孙--莫雷实验 黑体辐射实验 相对论的诞生 量子论的诞生 一、黑体辐射 1、热辐射：由于物体中的原子、分子受到热激发而发 射电磁波的现象。 单色辐射出射度：单位时间内从物体表面单位面积发 出的波长在λ附近单位波长区间内的电磁波的能量。 E ( ,T) E ( ,T ) 辐射出射度(辐出度) ：单位时间内从物体表面单位 面积上发出的各种波长的电磁波能量的总和。  E (T)  E (,T)d 0 2、绝对黑体（黑体） 在任何条件下，对任何波 长的外来辐射完全吸收而无任 何反射的物体。 1859年，基尔霍夫证明：黑体热辐射达到平衡时， 辐射能量密度随频率变化曲线的形状只与黑体的热力 学温度有关，而与空腔的形状及组成物质无关。 3、斯特藩-玻耳兹曼定律 黑体的辐射出射度与黑体温度的四次方成正比。 E (T)  T 4 斯特藩常量  = 5.6705110-8 Wm-2K-4 1879年和1884年各自独立提出。斯特藩通过的是对 实验数据的归纳总结，玻耳兹曼则是从热力学理论 出发，通过假设用光代替气体作为热机的工作物质， 最终推导出与斯特藩的归纳结果相同的结论。 4 、维恩定律－辐射能量分布定律 维恩位移定律：随着黑体温度的升高，其单色辐出度 最大值所对应的波长 按照T-1的规律向短波方向移动。 max   E ,T  T b max b = 2.89775610-3 mK 3 C  T 经典统计物理学   2 E  ,T C e