15量子物理基础吴百诗大学物理

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1、量子物理基础一、从经典物理到量子物理十九世纪末，经典物理已相当成熟。在喜悦的气氛中，有两朵小小的令人不安的乌云★寻找以太的零结果★热辐射的紫外灾难二、量子物理发展的几个阶段1.旧量子论的形成（1900~）:能量量子化假设Planck,Einstein,Bohr2.量子力学的建立（~1926）:实物粒子的波动性电子衍射实验物质波的波动方程矩阵方程3.量子力学的应用和发展三、学习量子物理应注意的问题处理好两个关系:形象和抽象(抽象思维的能力),物理和数学（理解物理内涵）四、主要内容:★量子物理的基本概念电磁辐射的量子性实物粒子的波动性几率波不确定性关系★量子力学的基本方法物质波的波动方

2、程——薛定谔方程及其解★量子理论的应用:氢原子中的电子电子自旋、原子的壳层结构第十二次：第十五章：3、4、9、10、12§15-1量子物理学的诞生普朗克的量子假设1．热辐射（heatradiation）现象一切有温度的物体都会发光——辐射电磁波。热辐射的能谱是连线谱，从远红外到紫外。当物体温度升高，辐射的电磁能量增加；且其中短波成分的比例增大。例如：加热铁，随着物体温度的升高，铁的颜色,由暗红→橙红→黄白→蓝白…800K1000K1200K1400K这种与温度有关的电磁辐射称为热辐射。2．基尔霍夫辐射定律★单色辐出度（单色辐射本领）：单位时间内，温度为T的物体，单位面积上发射的，波

3、长在到+d范围内的辐射能量dE，与波长间隔d的比值，用M(T)表示。dE(d)TdET()单位面积MT()dT,,materialsurface，辐射出射度:单位时间内，从物体单位面积上所发射的，各种波长的总辐射能，称为物体的辐射出射度。MT()MT()d0单色吸收比：在波长到+d范围内，被物体吸收的能量，与入射能量之比，称为单色吸收比，用a(T)表示。单色反射比：波长到+d范围内，反射的能量与入射能量之比，称为单色反射比，用r(T)表示。基尔霍夫辐射定律：在同样的温度下,不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收比的

4、比值均相等，并等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。能完全吸收各种波长电磁波的物体，叫黑体。M12()TM()TMT0().aT12()a()T基尔霍夫即：好的吸收体也是好的辐射体。(1824-1887)室温下，反射光1100K，自身辐射光一个黑白花盘子的两张照片演示：黑色的M和吸收均较白色的大3．黑体辐射的实验M12()TM()TMT0().aT12()a()T利用黑体可普遍地研究物体的热辐射规律。黑体是一个理想模型，一般天然的物体只能称为灰体，其单色吸收比小于100%实验装置黑体辐射实验装置维恩设计的黑体模型：小孔空腔电磁辐射一旦射入小孔

5、，很难再出去！完全吸收黑体黑体是理想模型PL2AL1B1BC2A为黑体B1PB2为分光系统C为热电偶测定黑体辐出度的实验简图实验曲线-2-1MT()/(Wcmμm)0/m012345绝对黑体的辐出度按波长分布曲线•宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年。大爆炸宇宙学说认为，发生大爆炸时，宇宙的温度是极高的，之后慢慢降温，刚到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。地质灾害预警Abnormalphenomenaofsurfacetherma

6、lfieldbeforetheearthquake根据实验得出黑体辐射的两条定律：(1)斯特藩-玻耳兹曼定律黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比：4M(T)T0斯特藩常数8245.6710W/(mK)热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。（2）维恩位移定律MT0()对于给定温度T，黑体的单色辐出度M0有一最大值，对应波长为m。Tbm.012345()mmmb2.89710mK3热辐射的峰值波长，随着温度的增加，向着短波方向移动。4、黑体辐射的理论公式问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式和理论依据？M0()Tf(,)T★经典理论

7、的两个著名公式①维恩公式（1893）：C2M()TC5eT01在波长短处符合得很好，但在波长很长处与实验曲线相差较大。②瑞利-金斯公式（1900）：M()TC4T.03在波长很长处与实验曲线比较相近，但在短波区，M0将随波长0，而趋向无穷大。——―紫外灾难”③理论公式和实验曲线的比较：维恩公式：在波长短处符合得很好瑞利-金斯公式：在波长很长处与实验比较相近，但在波长很，但长处与实验曲线相差较大在短波区，将随波长→0，。而趋向无穷大。④经典物理