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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 近代物理(20世纪)包括: ▲ 相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论 —— 引力、天体 ▲ 量子力学(旧量子论的形成): 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein 电磁辐射能量量子化 1913 N.Bohr 原子能量量子化 1925 Heisenberg 矩阵力学 ◆ 量子力学的建立: 1924 de Broglie 电子具有波动性 1928 Dirac 相对论波动方程 1927 Davisson, G.P.Thomson 电子衍射实验 1926 Schroedinger 波动方程 量子力学 ? 原子、分子、原子核、固体 量子电动力学(QED)? 电磁场 量子场论 ? 原子核和粒子 ◆ 量子力学的进一步发展: ▲ 形象和抽象—— 注意培养抽象思维能力 在量子物理的学习中要处理好三个关系: 物理学是高新技术的基础和先导: 信息技术的物理基础 ——量子力学、固体物理和近代光学 ▲ 演绎和归纳—— 注意学习归纳法培养创造性思维 ▲ 物理和技术—— 学习应用物理原理在技术上创新 ①提高照明效率 ②研究高温测量 ③测星体表面温度 ④电磁波谱的研究 ▲ 理论上出现了矛盾: 一. 热辐射理论发展的背景 ▲ 科技发展的需要: “紫外灾难” 二、热辐射(heat radiation) 物体受热就会发光,也就是辐射电磁波.温度不同时,辐射的波长(或频率)也不同,例如:加热铁块, 温度?,铁块颜色由看:不出发光 ? 暗红? 橙色? 黄白色? 蓝白色. 这种与温度有关的电磁辐射,称为热辐射.并不是所有发光现象都是热辐射,例如:激光 、 日光灯发光就不是热辐射. * 低温物体发出的是红外光, 炽热物体发出的是可见光, 极高温物体发出的是紫外光。 任何物体(气、液、固)在任何温度下,都会有热辐射. 热辐射波谱是连续谱,各种波长(频率)都有,但是强度不同.热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关,温度? ? 短波长的电磁波的比例? . 红外照相机拍摄的人的头部的热图 热的地方显白色,冷的地方显黑色 中国第一张红外照片(熊大缜于1935年在清华大学气象台顶上拍摄的北京西山夜景) * 1 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. * 0 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 ) : * 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.黑体是理想模型,即使是煤黑、黑珐琅对太阳光的? 也小于 99%。 维恩设计的黑体—— 小孔空腔电磁波射入小孔后,很难再从小孔中射出。 (4)黑体 * (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 3 000 K 6 000 K 黑体单色辐出度的实验曲线 1.0 二
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