《原子物理学第二章》PPT课件

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1、第二章作业2-1/2-22-3/2-42-52-6/2-72-9/2-102-112-13第二章原子的量子态：玻尔模型背景知识玻尔模型实验验证之一：光谱实验验证之二：夫兰克—赫兹实验玻尔模型的推广开耳文在一篇于1900年发表的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”……不过接着又指出：“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”……热辐射现象中的紫外灾难否定绝对时空观的迈克尔逊--莫雷实验放射性现象的发现背景知识量子假说根据之一：黑体辐射

2、量子假说根据之二：光电效应光谱学知识黑体辐射1热辐射1）辐射的定义：不靠对流、（碰撞）传导，依靠发射电磁波传递能量。2）辐射（光的发射）的分类：按能量的补给方式不同，辐射分为热辐射和非热发射。由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。（1）物体在任何温度下都会辐射能量3）热辐射的特点（2）热辐射谱是连续谱（3）差别在于辐射能量的大小和能量按波长的分布不同（4）热辐射的能量与波长与温度有关（5）辐射能

3、来自原子或分子的无规热运动能量，不发生内部状态的改变。描写物体辐射本领的物理量。（1）单色辐出度表示在一定温度T下，单位时间内从物体表面单位面积上,波长在附近单位波长间隔内辐射出的能量。2.几个概念是温度Ｔ和波长的函数，它描述了物体热辐射的能谱分布。物体单位表面积上发射的各种波长辐射的总功率。辐出度仅是温度的函数。（2）辐出度定义：在温度T时，单位时间内从物体表面单位面积上发射处的各种波长的电磁波能量的出总和。当辐射从外界入射到物体表面时，被物体吸收的能量与入射能量之比称为吸收比。波长在从到＋d间隔范围内的吸

4、收比称为单色吸收比。用　　　表示。（３）吸收比物体既会辐射能量，也会吸收能量。吸收本领是温度、波长的函数，并与表面状况有关。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。3.基尔霍夫定律平衡辐射（1）绝热腔中放置多个不同材料的物体（2）容器内部抽成真空，物体间只能通过热辐射交换能量。（3）容器壁为理想反射体，整个体系成为孤立系。理想实验经过足够长时间后，所有物体的温度相同，达到热平衡温度低的，辐射小，吸收大；温度高的，辐射大，吸收小热平衡时，每一个物体辐射的能量等于其吸收的能量热平衡时

5、，吸收本领大的物体，辐射本领也大在平衡热辐射（温度辐射）下，物体吸收的热量等于因发射而减少的能量，温度恒定。在热平衡下，任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值与物体的性质无关，对于所有物体，这个比值是波长和温度的普适函数。好的吸收体也是好的发射体。在热平衡时，有基尔霍夫定律=？黑体辐射黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体。根据基尔霍夫定律，黑体既是完全的吸收体，也是理想的发射体。注意：小孔才是“绝对黑体”实验中将开有小孔的空腔视为黑体，使其恒温，测量从小孔中辐射出来的各种波长范围的单色辐出度与波长之间的关

6、系。1，在相同的温度下，不同物质的黑体会发出相同的热辐射谱，单色辐出度是温度的函数，与黑体材料无关。2，呈中间凸起的曲线形，在0，处趋于零。3，温度升高时曲线整体上升。4，随温度升高曲线极大值对应的波长向短波方向移动。实验规律4黑体辐射的实验定律1、Stefan-Boltzmann定律（1879年、1884年）黑体辐射的辐射出射度，即曲线下的面积，与T4成正比Stefan-Boltzmann常数2、Wien位移定律（1893年）曲线的极大值满足Wien常数随着温度的升高，波长极大值向短波方向移动。维恩公式维

7、恩根据经典热力学得出一个半经验公式：维恩公式在短波部分与实验结果吻合得很好，但长波却不行。5，黑体辐射的经典理论及其与实验的矛盾瑞利—琼斯公式：瑞利和琼斯用能量均分定理和电磁理论得出瑞利—琼斯公式在长波部分与实验结果比较吻合。但在紫外区竟算得单色辐出度为无穷大—所谓的“紫外灾难”。oλ(μm)123568947MBλ维恩瑞利--金斯实验值紫外灾难说明经典物理学无法解释黑体辐射，预示着物理学面临一场革命性的变革！(M.Planck,1858—1947)1）普朗克公式1900年德国物理学家普朗克在维恩位移定律和瑞利--金

8、斯公式之间用内插法建立一个普遍公式：式中：k为玻尔兹曼常数，h称为普朗克常数。普朗克公式与实验结果相符合。实验瑞利-琼斯维恩理论值T=1646k瑞利-琼斯普朗克理论值6，普朗克公式与能量子假说，（3）经过长波近似（）（1）普朗克公式与黑体辐射实验曲线完全吻合，（2）经过短波近似（）普朗克公式化为维恩公式普朗克公式化为瑞利－金斯公式