原子物理学课件.ppt

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1、背景知识：黑体辐射和普朗克的能量子假说由于物体中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。物体向四周发射的能量称为辐射能。实验表明，热辐射具有连续的辐射能谱，波长自远红外区延伸到紫外区，并且辐射能按波长的分布主要决定于物体的温度。温度不同，热辐射的电磁波的能量不同，波长分布也不同。温度越高，光谱中与能量最大的辐射所对应的波长越短。运动时各部分温度的分布红外夜视仪温度为T时，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，称为单色辐出度M(T)1．单色辐出度M(T)M的单位为W/m3dE…温度为T

2、时，单位时间内从物体单位表面发出的波长在→+d间隔内的电磁波的能量M(T)…反映了物体在不同温度下辐射能按波长的分布情况。一描述热辐射的物理量2.总辐出度M(T)M的单位为W/m2以上这些物理量均与物体种类及其表面情况有关。★平衡热辐射此时物体具有固定的温度。以下只讨论平衡热辐射的情况。物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量时，热辐射过程达到热平衡，称为平衡热辐射。单位时间内从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射能。1.黑体能完全吸收照射到它上面的各种波长电磁波的物体，称为黑体。二黑体和黑体辐射的基本规律维恩设计的黑体

3、：不透明材料的空腔开一个小孔。实验表明：吸收本领大的物体，辐射本领也大黑体能吸收各种波长的电磁波，也能辐射各种波长的电磁波黑体的吸收本领最大，辐射本领也最大。研究热辐射本身的规律，应利用辐射本领M只与温度有关，而和材料及表面状态无关的物体。而黑体的热辐射正好与空腔的形状、材料及‘表面状态’都无关，是最好的研究对象。黑体单色辐出度M(T)～曲线实验结果:1700k1500k1300k“黑体”辐射2．斯特藩—玻耳兹曼定律（实验定律）其中常量=5.67×10-8W/m2K43．维恩位移定律（实验定律）黑体辐射光谱中辐射最强的波长与黑体

4、温度T之间满足反比关系其中常量b=2.89×10-3m·K总辐出度M(T)与黑体温度的四次方成正比热辐射定律的发现斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移律是测量高温、遥感和红外追踪等技术的物理基础。太阳看作黑体光谱中测λm≈490nm表面温度约5900K地表温度约300K看作黑体地面热辐射λm≈10µm如何从理论上找到符合实验曲线的函数式Mλ0(T)?C1、C2为常数1893年维恩从经典热力学理论及实验数据的分析得出1.维恩公式短波(高频)方向与实验符合较好三经典物理学遇到的困难经典物理学中，把组成黑体空腔壁的分子或原子看作带电的线性谐振

5、子1900至1905年间，瑞利和金斯把统计物理学中的能量按自由度均分定理应用到电磁辐射上长波(低频)方向与实验符合较好，短波方向得出灾难性的结论2.瑞利-金斯公式紫外灾难每一个线性谐振子的平均能量都等于kTC3为常数表彰他在研究一些气体的密度中发现了惰性气体氩由经典理论导出的Mλ0(T)～λ公式都与实验结果不符合！物理学晴朗天空中的一朵乌云!两个公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射，结果与实验不符，说明经典物理学理论上存在缺陷！1900.10.19普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式(劳厄称这一天为“量子论的诞生日”)在全波段

6、与实验结果惊人符合“一定要不惜任何代价找到一个理论根据!”M.Planck德国人1858－1947四普朗克的能量子假说和黑体辐射公式用内插法衔接两个公式(短波趋向维恩公式，长波趋向瑞利-金斯公式)辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只可能处于某些分立的状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε(称为能量子)的整数倍，即E=nε=nhv，其中n=1，2，3…称为量子数，式中h为一个普适常数，称为普朗克常数，h＝6.6260755×10-34Js。inr

7、ecognitionoftheservicesherenderedtotheadvancementofPhysicsbyhisdiscoveryofenergyquanta著名的量子假设