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1、第十八章量子物理基础安徽大学出版社ANHUIUNIVERSITY大学物理学18－1热辐射普朗克能量子假设18－2光电效应和爱因斯坦光子理论18－3康普顿散射第十八章量子物理基础18－4氢原子光谱玻尔的氢原子理论*18－5微观粒子的波粒二象性18－6波函数18－7薛定谔方程18－8一维定态问题18－9量子力学和氢原子18－10电子自旋多电子原子的壳层结构18－1热辐射普朗克能量子假设热辐射(thermalradiation)：物体的辐射与其温度有关，故将这种辐射称为热辐射.这种电磁波形式的辐射能量按波长分布
2、是不均匀的.一、热辐射黑体辐射发射=吸收时，其温度不变——平衡热辐射.辐射电磁波的同时，物体也吸收投射到它表面的电磁波。定量描述辐出度(radiantexitance)温度为T的物体在单位时间内从单位表面积上发射的所有各种波长的辐射能称为该物体的辐射出射度，简称辐出度.单位:单位:单色辐出度(monochromaticradiantexitance)温度为T的物体在单位时间内从单位表面积上发射的波长在λ和λ+dλ之间的辐射功率dMλ与dλ之比.辐出度：用M(T)表示，表明辐射的能量与所处的热力学温度有关。
3、单色辐出度还与材料本身性质有关。单色吸收比和单色反射比在波长λ和λ+dλ之间的吸收比、反射比分别称为单色吸收比和单色反射比，分别用：表示吸收比与发射比有能量入射到物体表面，对不不透明物体，一部分被吸收，一部分被反射。吸收部分能量、反射部分能量与入射能量之比分别称为吸收比和反射比，用Α、Β表示。根据能量守恒，有：Α+Β=1显然，吸收比与反射比与物体所处温度、入射光波长有关，故记为：Α(λ,T)和Β(λ,T)单色吸收比与单色反射比同样与材料本身性质有关。黑体(black-body)能在任何温度下,完全吸收入射
4、到其表面的任何波长电磁波的物体称为黑体.黑体发出的热辐射,叫做黑体辐射.G.R.Kirchoff1824—1887基尔霍夫定律(Kirchofflaw)在同样的温度下,不同的物体或不同表面性质的物体,其单色辐出度与单色吸收比的比值与物体的具体性质无关.一个好的吸收体一定是一个好的辐射体.黑体黑体是理想模型，可以用黑体单色辐出度来描述热辐射的普遍规律.二、黑体辐射实验定律黑体热电偶测M0λ(T)光栅光谱仪T空腔辐射辐出度测量装置W.Wien1864—19281800K2000K01500K2200K总辐出度
5、1.总辐出度即曲线下面积.2.总辐出度只与温度有关.斯特藩—玻尔兹曼定律黑体的总辐出度与黑体的热力学温度的四次方成正比.斯特藩—玻尔兹曼常量JosefStefan1835—1893LudwigBoltzmann1844—1906维恩位移定律黑体辐射中,辐出度最大,即辐射最强的波长与与黑体的热力学温度成反比.维恩常数固体在温度升高时颜色的变化800K300K1200K1000K1400K例1.太阳的表面可以看成是黑体,测得太阳辐射的峰值波长λm约为500nm,估算太阳表面的温度和总辐出度.解:由维恩位移定律
6、，太阳表面温度：利用斯特藩—玻尔兹曼定律，太阳表面总辐出度为：例2.大爆炸宇宙学预言,由于宇宙初始的大爆炸,现在宇宙中应残存相当于λm约为1mm的黑体辐射,它处于微波波段,称为宇宙微波背景辐射,计算其相应的黑体温度.解:由维恩位移定律，相应的黑体温度：韦恩位移定律的应用：遥感测温、森林防火三、普朗克能量子假设M.Planck1858-19471.1896年的维恩公式(Wienformula)为常数维恩线如图,在短波区域与实验符合很好.维恩根据经典热力学得出:2.1900年的瑞利—金斯公式(Rayleigh
7、-Jansformula)如图,在长波区域与实验符合很好.L.Rayleigh1842—1919J.H.Jeans1887-1946瑞利和金斯用能量均分定理和电磁理论得出：瑞利—金斯线维恩线紫外灾难3.1900年10月普朗克黑体辐射公式普朗克利用数学上的内插法，衔接了维恩公式和瑞利—金斯公式，得到：为真空中光速为普朗克常数普朗克线瑞利—金斯线维恩线如图,在全部波长范围内与实验曲线完全符合.普朗克认为:空腔内壁的分子、原子的振动可视为带电的一维谐振子，可以吸收或辐射能量，并与空腔内的辐射达到平衡.普朗克假设
8、:频率为v的简谐振子的能量值，只能取E=hv的整数倍.(E,2E,3E…,nE)能量子18－2光电效应和爱因斯坦光子理论光电效应(photoelectriceffect)：金属及其化合物在光照射下发射电子的现象,从金属表面逸出的电子,称为光电子.一、光电效应的实验规律··KA光电管光GViis2is1I2I1(光强I2>I1)oUUa饱和电流(saturationphotocurrent)饱和电流is以及单位时间
