第15章 量子物理基础 1.ppt

第15章 量子物理基础 * N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 本章内容 15. 1 热辐射 普朗克能量子假设 15. 2 光电效应 爱因斯坦光子假说 15. 3 康普顿效应 15. 4 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论 15. 5 微观粒子的波粒二象性 不确定关系 15. 6 波函数 一维定态薛定谔方程 15. 7 氢原子的量子力学描述 电子自旋 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 一 热辐射 1. 热辐射: 由温度决定的物体的电磁辐射。 a.任何物体在任何温度下都在吸收和发射电磁波. 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 b.实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波，能量按频率的分布随温度而不同. 辐射波中短波部分所占的比例会随着温度的升高而增大. c. 物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 室温 高 温 2. 平衡热辐射: 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 3. 单色辐出度：一定温度 T 下，物体单位面元在单位时间内 发射的波长在 ?~ ? +d? 内的辐射能 dM? 与波长间隔 d? 的比值 0 2 4 6 8 10 12 钨丝和太阳的单色辐出度曲线 2 12 10 4 6 8 太阳 可见光区 钨丝（5800K） 太阳 （5800K） 钨丝 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 4. 辐出度：物体 (温度 T) 单位表面积在单位时间内发射的辐射能，为 二 黑体辐射 1. 绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。 黑色的烟煤被认为是最接近绝对黑体的自然物质。 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 黑体的理想模型：不透明材料制成带有小孔的空腔，可视为一温度为T表面积与小孔相当的黑体发生的平衡热辐射。 会聚透镜 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 测量黑体辐射出射度实验装置 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang MB? (10-7 × W / m2 · ?m) ? (? m) 可见光 5000K 6000K 3000K 4000K 0.5 1.0 1.5 2.0 10 5 0 2. 黑体的单色辐出度实验曲线 1.在相同温度下，黑体的吸收本领最强，辐射本领也最大。 2.黑体的单色辐出度仅与波长和温度有关，与材料、大小、形状以及表面状况无关。 3 斯特藩 — 玻尔兹曼定律 维恩位移定律 （1）斯特藩—玻尔兹曼定律 斯特藩—玻尔兹曼常量 （2）维恩位移定律 常量 峰值波长 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 太阳表面温度 辐出度 例 测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为 ?m = 0.47 ?m.试估算太阳的表面温度和辐出度。 太阳不是黑体，所以按黑体计算出的 Ts 低于太阳的实际温度；M B (T) 高于实际辐出度。 解 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 维恩线 瑞利 — 金斯线 紫外灾难 三 经典物理的困难 15.1 热辐射 普朗克能量子假设 Suling Chang 经典理论的基本观点 1）电磁辐射来源于腔壁中带电谐振子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。 2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能