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第十五章 量子物理 15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设 物理学 第五版 第十五章 量子物理 物理学 第五版 量子概念是 1900 年普朗克首先提出，距今已有 100 多年的历史. 其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代，就建立了一套完整的量子力学理论. 1.热辐射 一切物体都以电磁波形式向外辐射能量，其功率和波长取决于物体的温度，称为热辐射 固体在温度升高时颜色的变化 1400K 800K 1000K 1200K 不同的原子辐射谱线的颜色（频率）成分不同： 锶(Sr) 铷(Rb) 铜(Cu) 一 热辐射 2 热辐射的基本概念和基本定律 （1）单色辐射出射度 单位时间内从物体单位表面积发出的频率在 附近单位频率区间内的电磁波的能量. 单位： 单位： （2）辐射出射度 单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和. o 2 4 6 8 10 12 2 12 10 4 6 8 太阳 钨丝 可见光区 太阳 钨丝 钨丝和太阳的单色辐出度曲线 入射 吸收 反射 透射 （3）单色吸收比和单色反射比 单色吸收比??(T ) ： 在波长 到 范围内吸收的能量与入射的能量之比. 对于不透明物体 ??(T ) + r?(T )=1 入射 吸收 反射 透射 在波长 到 范围内反射的能量与入射能量之比. 单色反射比r?(T ) ： （4）黑体 黑体是理想模型 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， 则称此物体为黑体. 任何物体单色辐出度 M?(T ) 和单色吸收比 ??(T )之比，等于同一温度 T 时的绝对黑体对同一波长的单色辐出度MB(? ,T ) , 即 （5） 基尔霍夫定律 通俗地讲，好的吸收体是好的辐射体. 0 1 000 2 000 0.5 可见光区 黑体单色辐出度的实验曲线 1.0 二 黑体辐射的实验规律 6 000 K 3 000 K 1 斯特藩 - 玻耳兹曼定律 斯特藩 - 玻耳兹曼常数 总辐出度 式中 0 1 000 2 000 1.0 可见光区 0.5 6 000 K 3 000 K 2 维恩位移定律 常量 峰值波长 0 1 000 2 000 1.0 可见光区 0.5 6 000 K 3 000 K 解 （1）由维恩位移定律 例1（1）温度为 的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？(2)太阳的单色辐出度的峰值波长 ，试由此估算太阳表面的温度.（3）以上两辐出度之比为多少？ （2） （3）由斯特藩 - 玻耳兹曼定律 由维恩位移定律 例2 由测量得到太阳辐射谱的峰值为490 nm，计算太阳表面温度、辐射功率和地球表面单位面积上接受到的太阳辐射能功率。 解：将太阳视为黑体，由维恩位移定律 由斯忒潘—波尔兹曼定律 正对太阳辐射的地球表面单位面积上接受到的辐射能功率： 注意：本题中“模型”的作用 1. 瑞利——金斯公式 长波与实验曲线吻合 短波相差很大——紫外灾难 2. 维恩公式 短波与实验曲线接近 长波相差很大 从经典理论出发推 三 瑞利—金斯公式 经典物理的困难 O 1 2 3 6 2 4 瑞利 - 金斯公式 实验曲线 * * * * * * * * * * * * * * * * 瑞利 - 金斯公式 紫外灾难