.16第十六章早期的量子论.ppt

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1、物理学面临严重的危机!迈克耳逊-莫雷实验黑体辐射第六篇量子理论基础20世纪以前的物理学称为经典物理学，其核心是牛顿力学、热力学和以麦克斯韦电磁理论为基础的宏观电动力学。这些理论在解析自然界的物理现象和规律方面都非常成功。1901年开尔文勋爵在一篇瞻望二十世纪物理学发展的文章中说：“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只需要做一些零星的修补工作就行了”，但他还不愧为一名确有远见卓识的物理学家，因为他接着又指出：“但是在物理晴朗天空的远处，还有两朵小小令人不安的乌云。”1900～1926年是量子力学的酝酿时期，此时的量子力学是半经典半量子的学说，称为旧量子论。爱因斯坦（德）1879-1

2、955玻尔（丹麦）1885-19621922年获诺贝尔物理学奖1921年获诺贝尔物理学奖普朗克（德）1858-19471918年获诺贝尔物理学奖1926年，海森堡和薛定谔从不同出发点建立了量子力学。1928年，狄拉克统一相对论和量子论的成就。海森堡（德）1901-19761932年获诺贝尔物理学奖薛定谔（奥地利）1887~19611933年获诺贝尔物理学奖狄拉克（英）1902~19841933年获诺贝尔物理学奖量子物理独立于经典力学，同我们的日常感受格格不入。对于生活在宏观世界又比较熟悉经典力学的人们来说，学习量子物理确有一定难度。初学者往往试图用经典的概念去理解量子物理，这将使学习陷

3、入困境。物理学是基于实验事实的，对于量子物理来说尤其是这样。合理的假定总是有些道理可讲的，但它不能由更基本的假设或理论推导出来，其正确性只能用实验来检验。相信这些基本假设，并自觉应用它们去分析和解决问题，是学习和理解量子物理的第一步。第十六章早期量子论热辐射普朗克量子假说光电效应爱因斯坦的光子理论康普顿效应玻尔的氢原子理论普朗克(1858―1947)德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人。普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出了能量的量子化假设，并导出了黑体辐射的能量分布公式。这是物

4、理学史上的一次巨大变革。劳厄称这一天为“量子论的诞生日”。1918年普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔物理学奖。§16.1热辐射普朗克量子假说一、热辐射1.热辐射任何物体在任何温度下都在不断地向外发射各种波长的电磁波，例如：加热铁块，温度，铁块颜色由看蓝白色不发光暗红橙色黄白色这种由温度决定的辐射称为热辐射。温度升高，辐射中短波长的电磁波的比例增加。1400K800K1000K1200K加热一物体，若物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，则物体的温度恒定。这种温度不变的热辐射称为平衡热辐射。在平衡辐射的条件下，物体的辐射能力和吸收能力成正比。2.平衡热辐射3.描述热

5、辐射的物理量1）单色辐出度M(T)2）辐出度M(T)单位时间内，从物体表面单位面积上辐射出的单位波长间隔内的能量。单位时间内，从物体表面单位面积上发出的所有波长的电磁波的总能量。M(T)取决于T、、材料种类及表面情况能完全吸收各种波长电磁波而无反射和透射的物体1.绝对黑体维恩设计的绝对黑体：不透明介质空腔开一小孔，电磁波射入小孔后，很难再从小孔中射出。小孔表面是黑体。二、绝对黑体热辐射的实验规律黑体的单色辐出度最大，与构成黑体的材料无关。利用黑体可撇开材料的具体性质，普遍研究热辐射本身的规律。会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶棱镜光谱仪或光栅光谱仪测量黑体辐射出射度实验装置2.黑

6、体辐射的实验定律黑体的单色辐出度MB(T)在温度一定时随波长的变化实验规律。MB(T)l2200K2000K1800K1600K2)维恩位移定律（1893）mT=bb=2.897756×10-3m·K1)斯特藩-玻耳兹曼定律（1879）M(T)=T4=5.6710-8W/m2K4m辐出度为曲线下面积例:太阳的单色辐出度的峰值波长，试由此估算太阳表面的温度。解:由维恩位移定律对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移定律是测量高温、遥感和红外追踪等的物理基础。维恩因对热辐射的研究1911年获诺贝尔物理学奖三、普朗克量子假说普朗克常数

7、：h=6.6260755×10-34J·s2.瑞利—金斯公式(利用能均分定理及电磁理论)(1900)1.维恩公式（从热力学角度）(1896)MBl3.普朗克公式(1900.10)维恩线（长波与实验不符）瑞利－金斯线（紫外灾难）普朗克线（惊人地符合）实验结果紫外灾难4.普朗克量子假说辐射黑体中分子和原子的振动可视为谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量0的整数倍。即对频率为的谐振子,最小能量