大学物理教程 ch16-1.ppt

* ? 第五篇 量子现象和量子规律第16章 场的量子性 1900～1926年是量子力学的酝酿时期，此时的量子力学是半经典半量子的学说，称为旧量子论。 爱因斯坦（德） 1879-1955 波尔（丹麦） 1885-1962 1922年获诺贝尔物理学奖 1921年获诺贝尔物理学奖 普朗克（德） 1858-1947 1918年获诺贝尔物理学奖 1926年，海森堡和薛定谔从不同出发点建立了 量子力学。 1928年，狄拉克统一相对论和量子论的成就。 海森堡（德） 1901-1976 1932年获诺贝尔物理学奖 薛定谔（奥地利） 1887~1961 1933年获诺贝尔物理学奖 狄拉克（英） 1902~1984 1933年获诺贝尔物理学奖 第五篇 量子现象和量子规律 第十六章 场的量子性 一个人要是对量子物理学不曾感到震惊，他就根本没有理解它. －尼尔斯.玻尔（丹麦.1885－1962） “互斥即互补” 玻尔的族徽 结构框图 学时： 6 重、难点： 爱因斯坦光子论，光的波粒二象性 黑体辐射的实验规律 普朗克 能量子假设 光与物质的相互作用 爱因斯坦 光子理论 激光原理 氢原子光谱实验规律 玻尔 氢原子理论 经典光学的困难 旧量子论 人类通过对光的本性的认识逐渐认识场的量子性 : 17－18 世纪 几何光学－牛顿“微粒说“ 物理光学－惠更斯“波动说“ （光是以太中的机械波） 现代光学 信息光学——来自经典光学（夫琅和费衍射） 强光光学——来自近代光学（激光） 19世纪：经典光学——麦克斯韦电磁说（光是电磁波） 统一物理光学和电磁学。 20世纪：近代光学——爱因斯坦光子说（光是光量子流） 光的波粒二象性 §16.1 热辐射 普朗克能量子假说 一、黑体辐射的实验规律 1.热辐射 由于物体内分子、原子的热运动，一切物体都以电磁波形式向外辐射能量，其功率和波长只取决于物体的温度，称为热辐射 例：物体在温度升高时颜色的变化－辐射频率不同 物体发射能量的同时，又吸收周围其它物体的辐射能。 当发射 = 吸收时，其温度不变——平衡热辐射 （ 动态平衡） 物体对外来辐射能量的吸收、反射具有选择性。 2. 绝对黑体 能全部吸收（不反射）任何波长的入射辐射能的物体 称为绝对黑体。 模型：空腔小孔 注意：黑体 ? 黑色物体 实验发现：物体的电磁辐射能力与吸收能力一致。 黑体：既是完全吸收体，又是理想发射体。 3. 绝对黑体的辐射定律 单位时间内，从物体表面单位面积上发射的波长 定义两个物理量： 单位时间内从物体表面单位面积上发射的各种波长的总辐射能 测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置 T 热电偶 平行光管 绝对黑体 三棱镜 0 1 2 3 4 5 6 1700K 1500K 1300K 1100K 实验曲线 实验定律： ? 斯忒潘—玻尔兹曼定律 斯忒潘恒量： T3 T2 T1 T2 T1 T1 ? 维恩位移定律 维恩常数： 维恩（德.1864－1928） 获1911年诺贝尔物理奖 [例]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—玻尔兹曼定律 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 天文单位距离 地球表面接受到的辐射能功率： 红外遥测技术进行地球考察 应用介绍 光测高温 在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特性，就可以确定炉内的温度。 高温炉 灯丝 目镜 聚焦透镜 R 调节R，当灯丝温度炉温时，灯丝在炉孔像的背景上显示出亮线。 当灯丝温度炉温时，灯丝在炉孔像的背景上显示出暗线。 当灯丝温度=炉温时，灯丝在炉孔像的背景上消失。 由通过灯丝电流强度可算出炉温T。 宇宙背景辐射：与 T=2.7 K 黑体辐射曲线相符 宇宙标准模型：宇宙起源于一个奇点的大爆炸－膨胀， 大爆炸遗迹：光子波长 ~ 1mm , 相应温度~ 5K 1964年 贝尔实验室彭齐亚斯、威尔孙为了跟踪“回声”号卫星，校准天线，发现无法消除的噪声。由此发现宇宙背景辐射（大爆炸宇宙学论据） 。荣获