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1、第5篇量子物理学（§21.1引言）1.量子物理学的建立量子物理学是在20世纪初，物理学家们在研究微观世界（原子、分子、原子核…）的结构和运动规律的过程中，逐步建立起来的。1900年，英国著名物理学家开尔文在赞美19世纪物理学成就的同时，指出：“在物理学美丽而晴阴的天空远处，还有两朵小小的、令人不安的乌云。”这两朵乌云，指的是当时的物理理论无法解释的两个实验，一个是黑体辐射实验的“紫外灾难”，另一个是迈克耳孙一莫雷实验的“以太漂移”否定结果。正是这两朵乌云导致了量子论与相对论的诞生。量子概念是19Q（L年（徳国物理学家）晝朗克首先提岀的。期间，经过玻尔、徳布罗意、玻恩、海森堡、
2、薛定滂、狄拉克、爱因斯坦等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代，初步建立了一套完整的量子力学理论。2.研究对象科学家们把原子、分子、原子核、基本粒子等微观世界所展现的特殊物理现彖称为量子现象。量子世界除了其线度极其微小之外（10-,0-10-15m）,另一个主要特征是它们所涉及的许多宏观世界所对应的物理量往往不能取连续变化的值（如：坐标、动量、能量、角动量、自旋等都是量子化的），甚至不能取确定的值。许多实验事实表明，量子世界满足的物理规律不再是经典的牛顿力学，而是量子物理学。3＞量子物理学的价值20世纪物理学的发展表明，量子物理是人们认识和理解微凹世界的基础。量子物理和
3、相对论的成就使得物理学从经典物理学发展到现代物理学，奠定了现代自然科学的主要基础。由于宏观物体是由微观世界建构而成的，因此量子物理学不仅是研究微观世界的工具，而且在深入研究宏观物体的微结构和特殊的物理性质中也发挥着巨大作用。如原子能的利用、对超导现象的解释等都是量子理论发展的直接结果。Ch.21量子光学基础什么是“紫外灾难”；量子概念是如何提出的；爱因斯坦提出光的“波粒二象性”是如何促进量子理论发展的；玻尔氢原子理论。§21.2量子概念的诞生一、热辐射的度量1、热辐射由于物体屮的分子、原子受热激发，而发生电磁辐射的现彖称为热辐射。任何物体在任何温度下都要发射各种频率的电磁波。
4、不同温度下发岀的各种电磁波强度按频率有不同的分布，表现岀不同的颜色。2、单色发射本领(单色辐岀度)根据实验，当物体的温度一定时，单位吋间内从物体表面单位面积上辐射出来的某一频率范围的电磁波能量是一定的。令dE,为单位时间内从物体表面单位而积上发射出来的、频率在v^v+dv内的辐射能，则d®与di/Z比定义为单色发射本领，用e(vj)表示，心)=皿dv对于给定的物体，e(v,T)是频率和温度的函数。3、全发射本领(辐出度)当物体的温度一定时，单位时间内从物体表面单位面积上发射出來的含各种频率的总辐射能量称为全发射木领，用E(T)表示。E(T)=[e(vJ)dv4、吸收率与反射率
5、当外来辐射能量入射到某一不透明物体表面上吋，一部分被吸收，一部分从物体表面上反射(如果物体是透明的，还有一部分透过物体)。如果用/(切、A(v9T).R(v9T)分别表示波长在v^v+dv内的入射能量、吸收能量和反射的能量，则由能量守恒定律知，I(vJ)=A(vJ^R(vJ)血+叱=1/(匕门心T)定5C：a(vJ)=A(VyT)为温度为卩的物体对波长为UTi/+d卩内的单色辐射能的吸，(匕T)/(v,r)收率汀少,门=空也为温度为卩的物体对波长为v^v+dv内的单色辐射能的反射率。上式可写成：tz(v,T)+r(v,7,)=1二、基尔霍夫定律1、绝对黑体如果某物体在任何温度
6、下对任何波长的入射电磁波能量完全吸收而不反射，则这一物体称为绝对黑体，简称黑体。显然对黑体有陶=1,rB=0o黑体模型：任意不透明材料制成一个空腔，在腔壁上只留一个小孔，射入小孔的光很难有机会从小孔中反射出來。这样的小孔近似完全的吸收各种波长的电磁波而形成一个黑体。加热这个空腔到不同温度，就形成了不同温度下的黑体。2、基尔霍夫定律1866年，基尔霍夫就发现，物体的单色辐出度与物体的吸收率Z间有内在的联系。他首先从理论上推知，吸收率a(v,T)较高的物体，其单色发射木领e(v,7)也较大，而比值e(vj)/a(vj)是一恒量。这一恒量与物体性质无关，其大小仅决定于物体的温度和光
7、的波长。具体地说，设有不同物体1,2,…和黑体B,它们在温度厂下，其频率为1/的单色发射木领分别为：弓少,门，e2(v,T),即(5相应的吸收率为：再亿门，勺少，门，…，勺=l定5C：a(vJ)=A(VyT)为温度为卩的物体对波长为UTi/+d卩内的单色辐射能的吸，(匕T)/(v,r)收率汀少,门=空也为温度为卩的物体对波长为v^v+dv内的单色辐射能的反射率。上式可写成：tz(v,T)+r(v,7,)=1二、基尔霍夫定律1、绝对黑体如果某物体在任何温度下对任何波长的入射电磁波能量完全吸收而不反射，则这
