《量子理论的起源》PPT课件

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1、第24章量子理论的起源量子理论的起源黑体辐射、普朗克量子假设光电效应、爱因斯坦光量子理论康普顿效应氢原子光谱、玻尔的氢原子模型1900年1905年1923年1913年§24-1黑体辐射和普朗克量子假设1、辐射本领和吸收本领：任何物体在任何温度下都向外辐射电磁波。①辐射能量的多少和辐射能按波长的分布与温度有关；温度低高辐射总能量少多辐射的波长长短能量按波长的分布随温度的变化而不同的电磁辐射称为热辐射。2000K1800K1600K1400K1200K1000K0②辐射能与物质的种类有关（P.178图24–1）；如：熔融的玻璃主要发射红外线，而同温度下的铁

2、块发出强烈的可见光。③辐射能与物体表面状况有关。如：表面越黑、越粗糙的物体辐射越强。为了描述热辐射的规律，引入辐射本领和吸收本领的概念。黑体2000K钨丝2000K0太阳6000K可见光设温度为T时，单位时间内从物体单位表面积辐射出来的波长在λ~λ+dλ之间的辐射能为dE(λ,T)，则定义：单色辐射本领：它反映了物体表面在不同温度下辐射能按波长分布的情况。总辐射本领：物体单位表面积辐射的各种波长的总辐射功率。0物体辐射电磁波的同时也吸收照射在它上面的电磁波，辐射本领大的物体表面，其吸收本领也大。单色吸收本领：α≈1的物体表面呈黑色；α≈0的表面呈

3、白色；有些物体表面选择性地吸收某些色光，而反射其补色光。能完全吸收照射到它上面的各种波长的电磁波的物体称为绝对黑体（简称黑体）。它的吸收本领αB=1，辐射本领也是所有物质中最大的。2、基尔霍夫定律：在一定温度下，对一定的波长，任何物体的单色辐射本领与单色吸收本领的比值为一恒量。该恒量的大小只决定于温度T和波长λ，与材料及其表面的性质无关。即：式中：EB(λ,T)和αB(λ,T)为黑体的单色辐射本领和单色吸收本领。①若干物体处于热平衡状态时，单色辐射本领大的物体，其对应的单色吸收本领也大（正比关系）。在没有其他形式能量交换的前提下，某物体吸收的辐射能一定

4、等于其所发射的辐射能。②若某物体不发射某波长的电磁波，则它也不能吸收该波长的电磁辐射。③黑体的单色辐射本领和单色吸收本领均大于同温度下任何其他物体的单色辐射本领和单色吸收本领。讨论3、黑体的辐射规律：用任何不透明材料做成带小孔的空腔，则小孔就是一个绝对黑体。小孔黑体的辐射规律与腔体材料和腔内壁的性质无关。1897年陆末(O.R.Lummer)和普林斯海姆(E.Pringsheim)测定了绝对黑体的辐射本领随波长和温度的分布。①曲线下的面积为总辐射本领。温度T升高时，总辐射本领急剧增加。②温度升高时，辐射本领极大值的波长向短波方向移动。这些实验结果可归结

5、为两个定律。2000K1800K1600K1400K1200K1000K246010W∙m–2∙Å–112342000K1800K1600K1400K1200K1000K246010W∙m–2∙Å–11234(1)维恩位移定律：（1896年）在任何温度下，黑体辐射本领的峰值波长λm与热力学温度T成正比：(2)斯特藩—玻耳兹曼定律：（1879年）黑体的总辐射本领与热力学温度T的四次方成正比：式中：称为斯特藩—玻耳兹曼常量。4、经典理论的困难：由经典理论推导出的黑体单色辐射本领公式与实验不符。维恩公式在短波处与实验相符，而在长波处与实验曲线相差较大。(1)

6、维恩公式：（1896年）(2)瑞利—金斯公式：（1900年）该式在长波段与实验结果吻合，但波长变短时，E(λ,T)趋向无穷大（紫外灾难）。0实验曲线瑞利—金斯公式维恩公式5、普朗克量子假设：（1900年）普朗克认为：组成黑体空腔壁的电子的运动可看作线性谐振子，他们通过辐射和吸收电磁波而与外界交换能量。按经典理论，谐振子的能量可以连续变化，但普朗克认为这些线性谐振子的能量只能取某一最小能量的整倍数，即：而称为普朗克常量。ε0=hν称为能量子；ν为谐振子的频率；n称为量子数。1900年普朗克从谐振子能量量子化的假设出发，利用量子统计的方法证明：称为普朗克公

7、式宇宙背景辐射相当于3K黑体辐射，求：(1)此辐射的单色辐射本领在什么波长下有极大值？(2)地球表面接收此辐射的功率是多少？(1)由维恩位移定律：得：得：(2)由斯特藩—玻尔兹曼定律：例题1：（习题24-4）设m=1g的小球与质量可忽略的轻弹簧相连作A=1mm的简谐振动，k=0.1N/m。(1)按经典理论求该弹簧振子的总能量及振动频率；(2)由量子理论求此振子的能量间隔（能量子能量）；(3)与该振子能量相应的量子数是多少？(1)(2)能量间隔：(3)量子数：宏观谐振子的能量可以认为是连续变化的。例题2：（例题24-3）§24-2光电效应和爱因斯坦光量子

8、理论1、光电效应的实验规律：一定频率的光照射金属时，金属中自由电子吸收电磁波能量使动能增大，从