CH15-早期量子论与量子力学基础(全章内容).pptx

早期量子论第十五章早期量子论和量子力学基础chapter 15Erlier quantum theory quantum mechanics foundation第六篇早期量子论微观世界运动规律的重大实验发现量子力学基础微观世界运动规律的基本描述方法南京信息工程大学Nanjing University of Information Science Technology公共基础课,理工科学生必修课大学物理College Physics§15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设任何物体都能辐射电磁波在任何温度下物体辐射能量的多少与物体的温度有关一定时间内辐射能量按波长的分布热辐射这种与温度有关的辐射称为一、热辐射与黑体辐射先定性粗略描述单位时间发射的辐射能某铁球单位面积随铁球的温度变化其辐射能按波长的分布情况亦发生变化曲线覆盖面积示意单位时间、单位面积发射的各种波长的总辐射能温度逐渐下降l波长紫外线可见光红外线炽热状态TT来自物体的辐射能通常是很复杂的外来各种波长的辐射能都随物而异反射自身辐射吸收我们研究的对象是物体自身辐射能量的波长分布与物体温度的关系实际上很难找到只辐射而没有任何反射的物体黑体的实验模型的辐射能通过小孔进入腔内不透明材料空腔不透明材料空腔反射回小孔出射的机会极少，开一几乎全被腔壁吸收小孔小孔表面好比黑体（吸收全部入射的辐射能而无反射）从小孔表面出射的就是T处于某一热平衡温度 的T实验黑体的辐射能，对空腔加热对空腔加热至某热平衡温度至某热平衡温度进而探索其能谱分布规律。01%20黑体.exe01 01%20黑体.exe黑体01%20黑体.exe.exe黑体热辐射测量系统示意图黑体（小孔表面）分光元件会聚透镜T探头集光透镜平行光管至记录仪分光元件（如棱镜或光栅等）光强将不同波长的辐射按一定的角度关lll系分开，转动探测系统测量不同波231长辐射的强度分布。再推算出黑体的辐射能力按波长的分布特性。O波长二、黑体热辐射的实验规律描述黑体热辐射的主要物理量黑体的单色辐出度TM)(ldl黑体温度为 时,T单位时间微区域的辐射能在l + lld~TTMMdd))((单位面积ll8TM()lMT()0辐出度黑体的即曲线覆盖的总面积lllO+dddlll黑体辐射的实验规律()M黑体的辐出度T8斯特藩-玻耳兹曼定律8dl()MTMslT0M)(lT()2 0 0 0 K-8-4黑体单色辐出度的峰值波长-2s5.67×10W·m ·K=黑体的单色辐出度随 的升高而向短波方向移动T维恩位移定律1 7 5 0 KTb()MT-3b= 2.898×10m·K1 5 0 0 Kl波 长44M()TTT1 0 0 0 KM()Tlllmmm()MT6、经典理论的困难是按经典热力学和速率分布理论得出的结果,曲线在长波区偏差很大.曲线是按经典电磁学和能量均分2TM)(l理论得出的结果,短波区偏差很大,2到紫外区甚至发散为无穷大.经典物理竟然得出如此荒唐的结论,被称为紫外灾难黑体的单色辐出度实验曲线（普朗克线）( 当时又被看作是经典物理晴空中的,,,,,,,,两朵乌云之一 另一朵乌云是寻找以太)的实验得到l波 长零结果116利-金斯线维恩线nnMax Planck普朗克1858-1947he1900年12月24日，普朗克在《关于正常光谱的能量分布定律的理论》一文中提出能量量子化假设，量子34h普朗克常量J 6.63×10称为s论诞生。四、普朗克的能量子假说组成黑体腔壁的分子或原子可视为带电的线性谐振子；这些谐振子和空腔中的辐射场相互作用过程中吸收和发射的能量是量子化的，只能取一些分立值2ee；en,,,频率为 的谐振子，吸收和发射能量的最小值 称为能量子（或量子）。普朗克公式普朗克提出了一个描述黑体单色辐出度分布规律的数学公式2h12pcMlhc51leklT玻耳兹曼常量k光在真空中的速率c普朗克常量-34h数值为 6.63×10 J·s ()T很快被检验, 并公认与实验结果相符。普朗克的黑体11-2-110 W m m单色辐出度函数及曲线42 0 0 0 K2h12pcMlhc351leklTMl与实验结果符合得很好1 7 5 0 K21 5 0 0 K1l(())波 长TT1 0 0 0 10南京信息工程大学Nanjing University of Information Science Technology公共基础课,理工科学生必修课大学物理College Physics§15-2 光电效应 光的波粒二象性光电效应光束射到金属表面使电子从金属中脱出的现象称为光强I石英窗光电管(真空)阴极光频率n金属板光电流观测IKA电光U