西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六篇 量子物理学基础 第十六章 光的粒子性

The Solvay congress Werner Heisenberg of1927 Louis de broglie Erwin Schrodinger M G H.A. Lorentz Max born Max planck Einstein Niels bohr

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大学物理 第六篇量子物理学基础 量子物理:近代物理学的支柱之 两朵鸟云: 1.迈克尔孙一莫雷实验的“零结果” 2.黑体辐射的“紫外灾难” 两朵乌云—暴风骤雨—20世纪物理学危机 物理学正在临产中,它孕育着的新理论将要诞生了。 列宁 新理论:相对论、量子力学, 深刻影响现代科技和人类生活。 第2页共41页

大学物理 第2页 共41页 第六篇 量子物理学基础 量子物理：近代物理学的支柱之一 两朵乌云： 1. 迈克尔孙 — 莫雷实验的“零结果” 2. 黑体辐射的“紫外灾难” 新理论：相对论、量子力学， 深刻影响现代科技和人类生活。 两朵乌云 —— 暴风骤雨—— 20世纪物理学危机 物理学正在临产中，它孕育着的新理论将要诞生了。 —— 列宁

大学物理 第十大章光的粒子性 黑体辐射的 普朗克能量 实验规律 子偎设 光的波粒 二象性 光与物质的 爱因斯坦光 相互作用 子理论 第3页共41页

大学物理 第3页 共41页 第十六章 光的粒子性 黑体辐射的 实验规律 普朗克能量 子假设 光与物质的 相互作用 爱因斯坦光 子理论 光的波粒 二象性

大学物理 第一、二节热辐射普朗克能量子假说 、黑体辐射的实验规律 1.热辐射 切物体都以电磁波形式向外辐射能量,其功率和波 长取决于物体的温度,称为热辐射。 固体在温度升高时颜色的变化 800K 1000K 1200K 1400K 不同的原子辐射谱线的颜 色(频率)成分不同: 锶(Sr)铷(Rb)铜(Cu) 第4页共41页

大学物理 第4页 共41页 第一、二节 热辐射 普朗克能量子假说 一、黑体辐射的实验规律 1.热辐射 一切物体都以电磁波形式向外辐射能量，其功率和波 长取决于物体的温度，称为热辐射。 固体在温度升高时颜色的变化 800K 1000K 1200K 1400K 不同的原子辐射谱线的颜 色(频率)成分不同： 锶(Sr) 铷(Rb) 铜(Cu)

大学物理 物体发射能量的同时,又吸收周围其他物体的辐射 能 当发射=吸收时,其温度不变—平衡热辐射 (动态平衡) 2.绝对黑体 物体对外来辐射能量的吸收、反射具有选择性, 能全部吸收(不反射任何波长的 入射辐射能的物体 绝对黑体 模型:空腔小孔 绝热不 透明 第5页共41页

大学物理 第5页 共41页 2. 绝对黑体 模型：空腔小孔 物体发射能量的同时，又吸收周围其他物体的辐射 能。 当发射 = 吸收时，其温度不变 —— 平衡热辐射 (动态平衡) 能全部吸收(不反射)任何波长的 入射辐射能的物体 —— 绝对黑体 物体对外来辐射能量的吸收、反射具有选择性， 绝热不 透明

大学物理 3.绝对黑体的辐射定律 实验发现:物体的电磁辐射能力与吸收能力一致。 完全吸收体 黑体 理想发射体 定义两个物理量: e0(,T)—单色辐射本领 单位时间内,从物体表面单位面积上发射的波长 λ→>+dλ范围的辐射能与波长门d之比 de 0(,T)= d 第6页共41页

大学物理 第6页 共41页 3. 绝对黑体的辐射定律 实验发现：物体的电磁辐射能力与吸收能力一致。 黑体 完全吸收体 理想发射体 e0 (,T) —单色辐射本领： 单位时间内，从物体表面单位面积上发射的波长  →  + d范围的辐射能与波长间隔d之 比   d d ( , ) 0 E e T = 定义两个物理量：

大学物理 E(T)一总辐射本领 单位时间内从物体表面单位面积上发射的各种 波长的总辐射能 E(T)=」a(,7)d元 0 测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置 热电偶 绝对黑体 平行光管三棱镜 第7页共41页

大学物理 第7页 共41页 E0 (T) —总辐射本领： 单位时间内从物体表面单位面积上发射的各种 波长的总辐射能 ( ) (, )d 0 E0 T e0 T   = T 绝对黑体 平行光管 三棱镜 测定黑体单色辐射本领按波长分布的实验装置

大学物理 实验曲线 e0(7,) 1700K 1500K 1300K 1100K 0123456 1/m 第8页共41页

大学物理 第8页 共41页 0 1 2 3 4 5 6 ( , ) e0 T   /  m 实验曲线

实验定律: 大学物理 ①斯忒潘一波尔兹曼定律 (T,n 4 Eo(=or T3>72>7 斯忒潘恒量: σ=567×108W,m2K4 ②维恩位移定律 A·T=b m 维恩常数: b=2.897×10-3m.K 第9页共41页

大学物理 第9页 共41页  维恩位移定律 m T = b 维恩常数： 2.897 10 m K 3 =   − b  斯忒潘—波尔兹曼定律 4 0 E (T) =T 8 2 4 5.67 10 W m K − − −  =   斯忒潘恒量： 实验定律： ( , ) e0 T  O  /  m

大学物理 、经典物理的困难 从经典物理理论出发播c(4,7)函数表达式 1瑞利金斯公式t0(47)=C7Z 出发点:将能量按自由度均分原理用到电磁辐射上 长波与实验曲线吻合,短波相差很大 紫外灾难 2.维恩公式e0(,7)=C1t°e 出发点:将类似分子速率分布的规律用到电磁辐射上 短波与实验曲线接近,长波相差很大。 从经典理论出发推e0(T)公式的努力均遭失贴 第10页共41页

大学物理 第10页共41页 二、 经典物理的困难 从经典物理理论出发推导e0 (,T)函数表达式 从经典理论出发推 e0 (,T)公式的努力均遭失败 1. 瑞利——金斯公式 4 ( , ) 0 − e  T = CT 长波与实验曲线吻合，短波相差很大 —— 紫外灾难 出发点：将能量按自由度均分原理用到电磁辐射上 2. 维恩公式 T C e T C e    2 5 0 1 ( , ) − − = 短波与实验曲线接近，长波相差很大。 出发点：将类似分子速率分布的规律用到电磁辐射上