32第三十二讲量子物理基础

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1、21量子物理基础作业：练习37普朗克能量子假设牛顿力学、热学、电磁学和光学，统称经典物理学。经典物理学研究的是宏观领域的物理现象。经典物理学虽然在宏观领域取得了巨大的成功，但有它的局限性。相对论指出了经典物理学的第一个局限性——不适用高速运动领域。量子物理学指出了经典物理学的第二个局限性——不适用于电子、原子、分子等微观领域。20世纪初，人们发现许多物理实验现象无法用经典理论给予解释，如黑体辐射，光电效应，康普顿效应及氢原子光谱等。为了解释这些实验规律，必须建立新的理论，即量子理论（物理）。1900年，普朗克为了解决经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子（QuantumofEnerg

2、y）的概念，为量子理论奠定了基础。随后，爱因斯坦针对经典理论解释光电效应的困难，提出了光量子（LightQuantum）的假设，为量子理论的进一步发展打开局面。1913年，玻尔在卢瑟福原子有核模型的基础上，应用量子化的概念解释了氢原子光谱，为量子力学的建立打下了基础。以后，玻尔、索末菲和其他许多物理学家为发展量子理论花了很大力气，却遇到了严重困难。要从根本上解决问题，只有待于新的思想，那就是“波粒二象性”。光的波粒二象性早在1905年就已由爱因斯坦提出，并于1916年和1923年先后得到密立根光电效应实验和康普顿X射线散射实验证实，而实物粒子的波粒二象性在1924年才由德布罗意提出。这以后

3、经过海森伯、薛定谔、玻恩和狄拉克等人的开创性工作，终于在1925年~1928年形成完整的量子力学理论，与爱因斯坦相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。经典力学量子力学量子世界的大门是在黑体辐射问题的研究中开启的。微观粒子（如电子、原子、分子等）。波粒二象性研究对象：低速运动的宏观物体提出：相对论和量子物理学统称近代物理学。相对论高速运动的物体研究对象：研究对象：开始看不出它发光。随着温度的升高，铁块开始呈现暗红色，逐步变为赤红、橙色，最后呈现出黄白色。1400K800K1000K1200K这说明，在不同的温度下物体能发出不同波长的电磁波。事实上，在任何温度下，物体都向外发射各种波长的电磁

4、波。只是在不同的温度下所发出的各种波长电磁波的能量按波长的分布不同，所以才表现为不同的颜色。当加热铁块时，21.1黑体辐射普朗克能量子假设物体在任何温度下，由于物体中的分子、原子热运动而要向外发射各种波长的电磁波的现象，称为热辐射。一、热辐射1.热辐射现象物体以电磁波的形式向外辐射出去的能量，称为辐射能。对某一个物体来说，物体向外界发射电磁波的同时，也吸收外来电磁波，发射本领越大，吸收本领也越大。不同物体在某一波长范围内发射和吸收电磁波的能力是不同的。如深色物体比浅色物体吸收或发射电磁波的能力更大一些。1、光谱辐射出射度（单色辐射出射度）M（T）热辐射所研究的问题是：辐射能按波长的分布；

5、以及这种分布与温度的关系。物体辐射能的大小：辐射的波长实验表明：物体的温度（T）辐射的时间发射的面积描述热辐射本领的物理量：2、辐射出射度（辐出度）（全色辐射出射度）M（T）2、单色辐射出射度定义：温度为T的物体单位时间内在单位表面积上，发出波长在范围内（电磁波的能量）的辐射能，则与之比称为单色辐射出射度。单色辐射出射度是热力学温度T与波长的函数。单位：讨论：物理意义：表示物体温度T时，单位时间内从物体表面单位面积上发出的波长在附近单位波长范围电磁波的能量。（光谱辐射出射度）3、辐射出射度（辐出度）（全色辐射出射度）M（T）定义：温度为T的物体单位时间内在单位表面积上发出各种波长的电磁

6、波的能量总和（总辐射能），称辐出度。2）M(T)只是温度的函数，单位为W/m2。温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。说明：可见光区讨论：1）物理意义：它反映了一定温度下物体单位面积发射的辐射功率的大小。如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝对黑体，简称黑体。小孔即相当于黑体的表面。4.黑体：在自然界中，黑体是不存在的。黑体模型：黑体：吸收100%，反射0，透射0理想模型：一个由任意材料（钢、铜、陶瓷等）做成的开有小孔的空腔可看作是黑体。当空腔处于某确定的温度时，（也有电磁波从小孔中发射出来），空腔内壁不断地发射各种波长的电

7、磁波，并充满腔内形成的电磁场，部分电磁波从小孔射出，由小孔射出的电磁波就可看成黑体辐射。黑体模型：因为入射到小孔的电磁波，进入小孔后在腔内多次反射被吸收，几乎没有反射电磁波从小孔出来。对空腔黑体模型的辐射进行实验测量，得—曲线表明：黑体辐射：单色辐出度：由空腔辐射体的单色辐出度与波长的能谱曲线可知：由实验测得：a）黑体单色辐出度是、T的函数，与黑体材料无关。b）每条能谱曲线下的面积等于黑体的辐射出射度，即温度为T的黑