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* 第15章 量子物理基础 15.1 黑体辐射 普朗克量子假设 * 量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.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. 量子力学 宏观领域 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学相 对 论 量子力学 微观世界的理论 起源于对波粒二相性的认识 第15章教学基本要求 一 了解热辐射的两条实验定律：斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移定律，以及经典物理理论在说明热辐射的能量按频率分布曲线时所遇到的困难. 理解普朗克量子假设. 二 了解经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的困难. 理解爱因斯坦光子假设，掌握爱因斯坦方程. 三 了解康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对这个效应的解释. 理解光的波粒二象性. 五 了解德布罗意假设及电子衍射实验. 了解实物粒子的波粒二象性. 理解描述物质波动性的物理量（波长、频率）和描述粒子性的物理量（动量、能量）之间的关系. 六 理解一维坐标动量测不准关系 . 四　了解氢原子光谱的实验规律及玻尔氢原子理论. （1）热辐射 实验证明不同温度下物体能发出 不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同 的电磁辐射叫做热辐射.（例如：铁块） （2）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（或波长在 附近单位波长区间）的电磁波的能量 . 单色辐射出射度 单位： 单色辐射出射度 单位： 15.1.1 热辐射 绝对黑体辐射定律 （3）辐射出射度 （辐出度） 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. 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 （1）任何物体任何温度均存在热辐射； （2）热辐射谱是连续谱； （3）热辐射谱与温度有关； （4）物体辐射电磁波的同时也吸收电磁波。物体的辐射本领越大，其吸收本领也越大。 热辐射的特点： 问题：什么是最好的吸收体？ 实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强. （4）黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为绝对黑体 .（黑体是理想模型） 白天路上的行人观察远处高楼上打开窗子的房间－－－近似黑体。 黑体热辐射 温度 材料性质 与同温度其他物体的热辐射相比，黑体的热辐射本领最强。 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 0 1000 2000 1.0 0.5 （5）绝对黑体辐射定律 可见光区 3000K 6000K 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 例15.1　在地球大气层外的飞船上，测得太阳辐射本领的峰值在4 650 ?处.假定太阳是一个黑体，试计算太阳表面的温度和单位面积辐射的功率. 解：根据维恩位移定律 可得太阳表面的温度为 根据斯忒藩—玻耳兹曼定律，太阳单位面积所辐射的功率为 同理可推测宇宙中其他发光星体的表面温度。 0 1 2 3 6 1 2 3 4 5 瑞利 - 金斯公式 实验曲线 * * * * * * * * * * * * * * * * （6） 黑体辐射的瑞利—金斯公式 经典物理的困难 瑞利 - 金斯公式 紫外灾难