第17章电子教案

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1、§17.1热辐射,普朗克的量子假设§17.2光的粒子性§17.3氢原子光谱,玻尔的氢原子理论§17.4粒子的波动性§17.5薛定谔方程§17.6氢原子的量子力学处理§17.7电子自旋,四个量子数§17.8原子核外电子的壳层结构第17章量子物理作业：练习册选择题：1—10填空题：1—10计算题：1—81§1热辐射普朗克的量子假设1.热辐射任何物体在任何温度下都要对外辐射各种波长的电磁波，这种辐射称为热辐射。火炉600度1000度400度因辐射与温度有关，故称热辐射。观察：物体逐渐增加温度，物体看来从暗淡—红

2、变黄——黄变白——青白色。2测量体温是诊断疾病最常用的方法。传统测量体温的方法是在腋下、舌下，但这样的方法对于远程大量测量体温是不适合的。比如，当发生大规模流行疾病，需要在火车站、机场等公众场合测定旅客体温时。与传统的体温针测量体温需５分钟相比，应用红外线测量体温（红外测量眼睛或皮肤热辐射的方法）仅需２秒钟，即可准确测出体温。红外温度计能测量人体的红外热发射从而推得病人的身体温度，这在2003年的“抗非典”战斗中曾发挥了较大作用，那时我们可以看到机场、车站等公共场所匹配了各式各样的红外测温装置。31）从经

3、典物理学看来热辐射过程的实质是物质以电磁波的形式向外辐射电磁波的过程。其辐射的能量称之为辐射能。2）热辐射有平衡热辐射与非平衡热辐射：当物体因辐射而失去的能量等于从外界吸收的辐射能时，这时物体的状态可用一确定的温度来描述，这种热辐射称为平衡热辐射。反之称为非平衡热辐射。注意：实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短、发射的面积。4研究：在某个温度下，从物体一定表面积上发射的，在任何一段波长范围内、单位时间内的辐射能（辐射功率）。引入物理量：单色辐射出射度：设从物体单位表面积上

4、发射的，波长在到+d范围内的辐射功率为dM，dM和d的比值叫做该物体对于波长的单色辐射出射度M（T）。问题的焦点就是求出辐射能与温度、波长之间的关系式。5M（T）与物体的温度T和波长有关，它反映了不同温度下辐射能按波长的分布情况。从物体单位面积上辐射出的所有波长的总辐射功率，叫做该物体的辐射出射度（或称总辐出度），用M（T）表示。6十九世纪末叶之时，经典物理学大厦经过了从牛顿到麦克斯韦这些大师们的精心设计和建造，真可谓尽善尽美了。大自然中的物理现象也都能用经典理论解释得清清楚楚。可是好

5、景不长，也真怪物理学家们无事生非，不知谁先想出了一个题目，要是一块全黑的物体，它是怎样吸收外来的热量又怎样放出热量呢？7一个物体对入射的电磁波能量全部吸收，我们就称它为黑体。例如宇宙中的黑洞。黑体只是一种理想模型。2.黑体当热辐射能入射到不透明物体表面时，一般是，一部分辐射能被物体吸收，另一部分能量被物体表面反射。在同样的温度下，颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80％左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体。8根据能量守恒

6、定律：物体吸收的能量越多，加热时它辐射的本领愈大。黑体的吸收本领是一切物体中最大的，加热时它辐射本领也最大。理想模型的建立和应用，是根据问题的性质和需要，抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的复杂问题进行合理简化处理。2.许多地物是较好的黑体近似(在某些波段上)。研究热辐射的规律时，特别注意黑体的辐射本领的研究。3.黑体辐射1.辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，定义了一种理想物体——黑体(black

7、body)，以此作为热辐射研究的标准物体。9用不透明材料做成有小孔的空腔，可看作黑体。如图所示：从小孔射入黑体空腔中的电磁波，经多次反射吸收，强度逐渐减弱，最后从小孔中反射出去的辐射能近似地为零。这就是黑体辐射。当空腔处于某一温度T时，也会有一定的电磁波从小孔中辐射出去，相当于面积为小孔面积，温度为T的黑体表面发出的辐射，现在研究黑体辐射10用分光技术测出由它发出的电磁波的能量按波长的分布M（T），就可以研究黑体辐射的规律。11黑体辐射的单色辐射出射度与波长的关系的实验曲线如图所示：1700k1500k

8、1300k通过对曲线的分析总结出黑体辐射的两条实验规律。(1)维恩位移定律实验发现：当绝对黑体的温度升高时，单色辐射出射度最大值对应的m向短波方向移动。观察、分析m12(2)斯忒藩(Stefan)-玻耳兹曼定律黑体辐射出射度（总辐出度）（单色辐出射度与波长关系曲线下的总面积）与绝对温度有如下关系：以上两规律只适用于黑体，对非黑体只近似成立。斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移定律是测量高温(如辐射高温计)、遥感和红外追踪等的物