物理大二上 唐莹08量子-online

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1、第十七章量子物理17-3-3；17-4-1的结论要会用其中：17-4-3，精139--159中，精159中--186，泛其余——不要求270--274中，精1§1物质波波粒二象性一光的量子性二物质波三不确定关系§2态函数薛定谔方程的应用二.薛定谔方程§3原子结构三.一维无限深势阱四.一维势垒隧道效应二.氢原子原子的电子壳层结构一.电子自旋12.1112.1512.1812.2212.26一.概率波与态函数219世纪末20世纪初物理学的两大谜狭义相对论（1905）1.Michelson-Morley实验（1887）2.Planck方程式（1900）量子力学（19

2、25）31.现象物体受热就会发光,温度不同时,辐射的波长不同与温度有关的辐射，称为热辐射。例如：加热铁块，温度看不出发光暗红橙色黄白色(一)热辐射（教材271页中——274页中）§1物质波波粒二象性一光的量子性(一)热辐射规律(二)光电效应(三)康普顿效应4激光,日光灯发光不是热辐射高温物体发出的是紫外光；炽热物体发出的是可见光；低温物体发出的是红外光；基本性质:温度发射的能量电磁波的短波成分平衡热辐射加热一物体,物体的温度恒定时物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量这时得到的辐射称为平衡热辐射5(2)总辐出度M(T):(1)单色辐出度(

3、M)--辐射能量按波长的分布2.热辐射的描述--几个物理量:单位时间内,从物体单位表面发出的,波长在附近单位波长间隔内的电磁波的能量。(3)黑体——能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体M最大,且只与温度有关而和材料及表面状态无关。6可见了解黑体的单色辐出度随波长和温度的变化规律很重要.黑体是理想模型,近似黑体如图:3.黑体辐射的实验定律实验用类似模型可以控制不同的恒定温度,并设置色散装置,可测量黑体的单色辐出度.7测量单色辐出度M(T)的实验装置AL1B1PB2L2C2200k2000k1800k1600knmM0(T)(Wcm-3m-1

4、)01.02.03.04.05.070605040302010黑体的单色辐出度的实验测量结果:两条实验定律:8(1)斯特藩-玻尔兹曼定律:总辐出度---实验曲线下的面积:其中斯特藩常量=5.6710-8W/(m2K4)2200k2000k1800k1600k(2)维恩位移定律：其中常量b=2.89710-3mKM的极大值对应的波长m与温度的关系有实例:炉火烧热的铁条,温度升高,由红变白.现代科技中的热辐射应用:高温(如太阳表面的温度)测量、遥感、红外追踪等.9(1)寻找函数4.量子概念诞生nmM00123451893年维恩参照麦克斯韦速率

5、分布函数给出短波部分符合很好，长波区不好.1896,瑞利和金斯把能量均分定理用于电磁辐射,得到理论曲线如图，波长很长时与实验相符.(紫外灾难)10或用频率表示为普朗克公式的计算结果与实验完全符合.普朗克：黑体辐射的经验公式“一定要不惜任何代价，找到一个理论根据”。普朗克:1900.12.14普朗克在德国物理学会上报告了论文“关于正常谱中能量分布的理论”——从理论上推出了热辐射公式11辐射黑体中的分子、原子可看作线性谐振子,振动时向外辐射能量（也可吸收能量）普朗克假定：振子的能量不连续:=hE=nn=1,2,3...－能量子经典理论：振子的能量取“

6、连续值”(2)普朗克量子假设物体发射或吸收电磁辐射时,交换能量的最小单位是“能量子”12▲“作用量子”1921叶企孙，W.Duane，H.H.Palmer测得：1986推荐值：1998推荐值：一般取：普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖h是与光速c同样重要的常数13经典能量量子=hE=nn=1,2,3...为什么在宏观世界中,观察不到能量不连续的现象?这样小的相对能量变化在现在的技术条件下还不可能测量出来。现在能达到的最高的能量分辨率为：所以宏观的能量变化看起来都是连续的。5.量子假说的含义及其与宏观现象的关系14例：设想一质量为m=1g的小珠子悬挂在一个

7、小轻弹簧下面作振幅A=1mm的谐振动。弹簧的劲度系数k=0.1N/m。按量子理论计算，此弹簧振子的能级间隔多大？减少一个能量子时,振动能量的相对变化是多少？解：弹簧振子的频率能级间隔振子现有能量相对能量变化15例.实验测得波谱的m=490nm,将太阳视为黑体,计算(1)太阳表面温度及太阳常数(单位表面积发射的功率Mo)解:(1)根据维恩位移定律Tm=b得再根据斯特藩-玻尔兹曼定律M0即太阳单位表面发射的功率可测得太阳的温度！太阳全部表面每秒发射的能量？16太阳辐射的总功率分布在以太阳为中心的球面上,则地球上单位面积接受的功率解:(2)M0即太阳单位表面发射

8、的功率,太阳辐射的总功率(2)地球每秒