19-1光的量子性黑体辐射.ppt

* 第十九章 量子物理 ? 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 引言 提纲 ? 物理学的分支及近年来发展的总趋势 §19-1、 黑体辐射 普朗克能量子假说 ? 热辐射 ??斯忒藩Stefan)?-玻耳兹曼定律 ??维恩位移定律 ? 绝对黑体的热辐射规律 ? 经典物理遇到的困难 ? 普朗克能量子假说 § 19-2 光电效应 光的波粒二象性 ? 光电效应的实验规律及经典理论的困难 ? 爱因斯坦的光子学说 ??光子的能量、动量和质量 （下一页） 引言：从经典物理到现代物理概述 ? 物理学的分支及近年来发展的总趋势 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 时间 t 关 键 概 念 的 发 展 力学 电磁学 热学 相对论 量子论 1600 1700 1800 1900 第19章 量子力学基础 （下一页） 近年来的发展： ★粒子物理 高能加速器产生新粒子，已发现300种。 麦克斯韦理论、狄拉克量子电动力学、重整化方法。 ★天体物理 运用物理学实验方法和理论, 对宇宙各种星球进行 ==观测和研究，从而得出相应的天文规律的学科。应用经典、==量子、广义相对论、等离子体物理和粒子物理。 *太阳中微子短缺问题 *引力波存在的问题 *物体的速度能否超过光速的问题 ★ 生物物理有机体遗传程序的研究 * 有机体遗传程序的研究（须运用量子力学、统计 物理、==X射线、电子能谱 和核磁共振技术等）。 *非平衡热力学及统计物理 （下一页） 物理学发展的总趋向： ★ 学科之间的大综合。 ★ 相互渗透结合成边缘学科。 例如：生物物理、生物化学、物理化学、量子化学、 ======量子电子学、量子统计力学、固体量子论。 二十世纪物理学中两个重要的概念：场和对称性 ? 从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出 ?? 光电效应 康普顿效应。 ?? 黑体辐射问题，即所谓“紫外灾难”。 ?? 原子的稳定性和大小。 （下一页） 热辐射 19-1 热辐射 普朗克量子假设 平衡热辐射 发射电磁辐射能量 吸收电磁辐射能量 相等 一、 黑体、黑体辐射 （下一页） 实验表明：一切物体在任何温度下都以电磁波的形式向外辐射能量。辐射的能量与温度有关，∴称之为热辐射。 辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。此时物体具有稳定温度 如果一个物体能全部吸收投射在它 上面的辐射而无反射，这种物体称 为绝对黑体，简称黑体。 绝对黑体——一个理想模型 绝对黑体 实例 ? 空腔 （下一页） 用不透明材料制成一空心容器，壁上开一小孔，该小孔可看成绝对黑体 绝对黑体的辐出度 二 绝对黑体的辐射定律 T 绝对黑体 实验装置 绝对黑体单色辐出度按波长分布实验 T 平行光管 绝对黑体 实验装置 二 绝对黑体的辐射定律 绝对黑体单色辐出度按波长分布实验 实验装置 T 平行光管 绝对黑体 三棱镜 二 绝对黑体的辐射定律 绝对黑体单色辐出度按波长分布实验 实验装置 T 热电偶 平行光管 绝对黑体 三棱镜 二 绝对黑体的辐射定律 绝对黑体单色辐出度按波长分布实验 物体单位表面积发射的 各种波长的 总辐射功率 （1）辐射出射度 如果从物体表面单位面积上发出的，波长在 为单色辐出度，即： ,称比值 d λ λ λ + 的辐射功率为 和物体尤其是表面粗糙度有关 辐射出射度，简称辐出度 （下一页） 单色吸收比 ? 绝对黑体及其热辐射规律 在任意温度下对任何波长的电磁波吸收比恒为1 的物体称为绝对黑体。——也是一个理想模型。 M0?(T) 对任何物体与任何表面都相同。 基尔霍夫定律 绝对黑体的单色辐出度M0(?,T)就是这一普适函数 如何找到这个普适函数？ 好的吸收体同时也是好的辐射体。 （下一页） 绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 λ (μm) 1100K 绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 λ (μm) 1300K 1100K 绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 λ (μm) 1500K 1300K 1100K 绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3