大学物理下量子力学1.ppt

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1、第五篇量子物理学基础(QuantumPhysicsBasis)§19．1热辐射和普朗克量子假设一.基尔霍夫定律(Kirchhofflaw)作热运动的带电粒子会辐射电磁波，这种现象称为热辐射。物体的单色辐射本领eλ(单色辐射出射度M)(MonochromaticEmissivePower)，它表示物体在各种温度下单位面积的辐射功率按波长(频率)的分布情况；物体的辐射本领(emissivepower)。表示在一定温度下,单位时间内从物体表面的单位面积上辐射出来的、各种波长的电磁波的总能量。设单位时间从物体表面的单位面积上

2、辐射的、波长范围为的电磁波能量为。第19章　实验基础与基本原理外来电磁波射到物体的表面上时，会产生反射和吸收。同一物面，对不同波长的电磁波，其反射和吸收的能力是不同的。单色反射率(MonochromaticReflectivity)单色吸收率(MonochromaticAbsorptivity)：入射到物体表面的总能量；：物体反射的总能量；：物体吸收的总能量；基尔霍夫定律：对黑体：考虑平衡热辐射场中的物体：平衡热辐射场：在具有绝热壁的容器中，有几个物体，它们之间交换能量，最终达到热平衡，各物体的温度都相同。物体辐射的能

3、量等于在同一时间内所吸收的能量。这种电磁场叫做平衡热辐射场（EquilibriumThermalRadiation）。ABC黑体：单色吸收率等于1的物体。二.黑体辐射定律(BlackBodyRadiationLaw)1.黑体（BlackBody)能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体,e最大且只与温度有关而和材料及表面状态无关。2.维恩设计的黑体测定出的的实验曲线e3.实验定律（1）斯特藩-玻耳兹曼定律(Stephan-BoltzmannLaw)（2）维恩位移定律(WienDisplacementLaw)其中：其中

4、：空腔棱镜G电炉空腔转动平行光管热电偶频率不同折射率不同折射角不同测得不同频率的辐射功率例题1先后两次测得炼钢炉测温孔（近似为黑体）辐射出射度的峰值波长1m=0.8m、2m=0.4m，求：（1）相应的温度比；（2）相应的辐射本领之比。解:（1）根据维恩位移定律（2）根据斯忒番-玻尔兹曼定律（1）维恩公式（2）瑞利—金斯公式——玻尔兹曼常数三．经典物理的困难普朗克量子假设适用于长波区域，在短波区域(高频)出现紫外灾难!适用于短波区域19世纪末，物理学最引人注目的课题之一——欲从理论上导出黑体的单色辐射出射度的数

5、学式。紫外灾难！实验曲线T=2000KM(3)普朗克的量子假设(PlanckQuantumHypothesis)经典理论：振子的能量取“连续值”经典能量量子普朗克假定（1900）普朗克常数:h=6.6260755×10-34J·s=h物体发射或吸收电磁辐射:h=6.6310-34J.s---(普朗克常数PlanckConstant)并根据玻尔兹曼统计法推出黑体辐射公式：谐振子的能量：1900年12月14日，在德国物理学会上演讲:“能量不连续，只能是h的整数倍。”——这一天定为量子力学(QuantumMech

6、anics)的诞生日。能量不连续，只能是h的整数倍。量子假设是和经典理论不相容的概念。从经典物理出发，是无法理解为什么谐振子只能取某些能量值。承认量子假设，就等于宣称微观粒子不遵守经典物理学的规律。爱因斯坦用普郎克量子假设解释光电效应，提出光的波粒二象性；德布罗意提出实物粒子的二象性：量子力学1887年赫兹发现紫外线带电粒子勒纳证明是电子!金属§19．2光电效应和爱因斯坦的光量子理论一.光电效应(PhotoelectricEffect)1．实验现象紫外线照射某些金属时，会有电子从金属中逸出，这种现象称为光电效应。光电

7、子：单色光照射到光电管中的金属板K上时，就有电子从K表面逸出，这电子叫光电子(Photoelectrons)。VGKA实验线路2.光电效应的实验规律饱和光电流照射光强I1I2I2>I1iI0伏安特性曲线实验规律：且饱合光电流与入射光强成正比。表明光电子具有初动能。光电流为零时的电压称为截止电压(StoppingPotential)。此反映了光电子逸出时的最大初动能。由(a)、(b)两式可得：这里：当照射光的频率小于时，无论光强多大，也无光电子逸出。金属的红限频率(ThresholdFrequency)只要，无论光强

8、多弱，开始照射后即刻就有光电子逸出。光电效应的上述规律，是经典物理无法解释的。(a)实验发现：最大初动能与入射光强无关仅与入射光的频率有关。（b）4.06.08.010.0(1014Hz)0.01.02.0Uc(V)CsNaCa经典电磁波理论得出的结论：1）光强愈大，光电子逸出后的初动能也愈大。2）任何频率的光，只要有足够的强度