早期量子论2011formath

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1、第24章早期量子论量子物理绪言24.1黑体辐射与普朗克量子论24.2光电效应与爱因斯坦理论24.3康普顿效应24.4玻尔的氢原子理论24.5微观粒子的波粒二象性(下一章内容)124.0绪言一、物理学的发展过程物理学经典物理现代物理力学热学电磁学(光学)相对论量子论非线性原子是构成物质的基本单元；能量是连续变化的新的时空观关于自然界新的表述方法和思考方法时间t力学电磁学热学相对论量子论160017001800190021.经典物理学的成就19世纪末，物理学理论在当时看来已经发展到相当完善的阶段。主要表现在以下两个方面：应用牛顿方程成功的讨论了从天体到地上各种

2、尺度的力学客体的运动，将其用于分子运动上，取得有益的结果。(2)光的波动性在1803年由杨的衍射实验有力揭示出来，麦克斯韦在1864年发现的光和电磁现象之间的联系把光的波动性置于更加坚实的基础之上。2、从经典物理学到近代物理学过渡的三个重大问题(1)1887年迈克耳孙—莫雷实验否定了绝对参考系的存在。(2)1900年瑞利和金斯用经典的能量均分定理说明黑体辐射问题，出现了所谓“紫外灾难”；(3)1896年贝克勒尔发现放射性现象，说明原子不是物质的基本单元，原子是可分的。必须建立新的规律!3二、量子力学的历史早期量子论量子力学相对论量子力学普朗克能量量子化假说

3、爱因斯坦光子假说康普顿效应玻尔的氢原子理论狄拉克把量子力学与狭义相对论相结合德布罗意实物粒子波粒二象性薛定谔方程波恩的物质波统计解释海森伯的测不准关系爱因斯坦洛仑兹居里夫人普朗克德拜泡利康普顿薛定谔狄拉克埃伦费斯特布拉格玻尔海森伯玻恩朗之万4学习量子力学，其困难在于（1）发现它与我们熟悉的经典物理学中的习惯或概念不一致；（2）量子力学中的新的物理概念不是直观的；（3）处理问题时，与经典物理学在手法上截然不同。重要的是状态，算符和演化。三、如何学习量子物理所以，学习是要注意（1）掌握实验事实，及它给我们的启示，不直接与主观经验联系，不先入为主；（2）掌握和理

4、解量子物理的基本概念。新的概念的依据和特点，新在什么地方，如何理解；（3）掌握理论中建立的方程和所用的数学方法以及处理它们的思路和步骤。我们应当学习量子力学！524.1黑体辐射普朗克量子论一、热辐射基本概念1.热辐射现象热辐射：物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。温度不同时，辐射按波长分布不同温度升高例如，加热铁块，随着温度的升高，开始发光→暗红→橙色→兰白色。1)原因：物质的带电结构，带电粒子运动2)热辐射谱是连续谱；3)热辐射谱与温度有关。平衡热辐射：物体既会辐射能量，也会吸收能量。当温度保持恒定时，物体辐射的能量与在同一时间内吸收的能量相等，称之为达

5、到热平衡状态。此时的热辐射为平衡热辐射。62.几个概念1)辐射出射度---M(T)单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种波长（频率）电磁波能量的总和。2)单色辐射出射度式中dM是单位时间从物体表面单位面积上辐射的波长在λλ+dλ范围内的电磁波能量。单位：W/(m2μm)3）单色吸收比，T和单色反射比，T物体在温度T，波长在d范围内对于不透明物体：，T+，T=17在热平衡下，任何物体的单色辐射出射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(频率)和温度的普适函数。I(λ,T)：热辐射

6、的标准能谱，与物质性质无关的谱适函数基尔霍夫定律N个不同的物体置于一绝热恒温体内，经过热辐射交换能量，达到热平衡态,各物体温度相同。要维持温度不变，则物体吸收的辐射能必须等于辐射出去的能量。但不同物体的辐射出射度不同。要维持平衡热辐射，只有辐射能量较多的物体吸收能量也多，反之亦然。3.基尔霍夫定律B1B2B3真空T=C好的吸收体也是好的发射体！84.黑体黑体：在任何温度、对于任何波长的辐射的吸收比均为1的物体1）黑体是理想化的模型，实际物体的吸收比总是小于1。抛光的铜镜表面：一般金属表面：煤烟：3）开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑体。2）黑色的

7、物体并不一定是黑体。5.黑体的辐射分布实验发现，在相同的温度下，不同物质的黑体会发出相同的热辐射谱，单色辐射出射度是温度T的函数，与黑体材料无关。9二、黑体辐射的实验规律斯特藩常数黑体辐射出的光谱中辐射最强的波长m与黑体温度T之间满足关系维恩常数或1.斯特藩—玻耳兹曼定律2.维恩位移定律10例.太阳常量I0=1.35kW/m2,试估计太阳表面温度.解：太阳单位时间辐射能量为太阳半径为故太阳表面温度为太阳与地球之间的平均距离为Rr地球11例.当高炉的温度保持在2500K时，计算观察窗发出辐射的λm。这个波长是否在可见光范围？如果用以维恩位移定律为依据的可见

8、光范围的光测高温计来测量炉温，其测量范围是多少？对在可见光范围40