上海中医药大学：《物理学》课程教学资源（PPT课件）第十三章 量子力学基础

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教学基本要求 了解热辐射的有关概念和黑体辐射的有关定律。 二 理解普朗克的量子假设，理解爱因斯坦的光量子 理论及其对光电效应的解释。 三掌握德布罗意假说的内容和意义。 四 了解海森伯不确定关系的意义。 五了解波函数的概念及其统计解释，了解薛定谔方 程极其重要性

一 了解热辐射的有关概念和黑体辐射的有关定律。 二 理解普朗克的量子假设，理解爱因斯坦的光量子 理论及其对光电效应的解释。 教学基本要求 三 掌握德布罗意假说的内容和意义。 四 了解海森伯不确定关系的意义。 五 了解波函数的概念及其统计解释 ， 了解薛定谔方 程极其重要性

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 量子概念是 1900年普朗克首先提出的，距今已 有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德 布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理 大师的创新努力，到20世纪30年代，就建立了一 套完整的量子力学理论. 微观世界的理论 量子力学 起源于对波粒二相性的认识 宏观领域 量子力学 经典力学 量子力学 相对论 现代物理的理论基础

量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已 有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德 布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理 大师的创新努力，到 20 世纪 30 年代，就建立了一 套完整的量子力学理论. 量子力学 宏观领域 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学 相 对 论 量子力学 微观世界的理论 起源于对波粒二相性的认识 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 热辐射 (1)热辐射 实验证明不同温度下物体能发出 不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同 的电磁辐射叫做热辐射， (2)单色辐射出射度 单位时间内从物体单位表 面积发出的波长在入附近单位波长区间的电磁波的能 量 单色辐射出射度M,(T)单位：W/m3

一 热辐射 （1）热辐射 实验证明不同温度下物体能发出 不同的电磁波，这种能量按频率的分布随温度而不同 的电磁辐射叫做热辐射. （2）单色辐射出射度 单位时间内从物体单位表 面积发出的波长在 附近单位波长区间的电磁波的能 量 .  单色辐射出射度 M  ( T ) 单位：W 3 /m 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 (3)辐射出射度 钨丝和太阳的单色辐出度曲线 (辐出度) 太阳M,(T)10-8W/m3) 单位时间，单位 钨丝M,(T)109W/m3) 太阳 面积上所辐射出的各 12 -(5800K) 种频率（或各种波长） 可见 10 光区 的电磁波的能量总和. 8 6 钨丝 M(T)=M(T)d元 (5800K) 4 2 v/1014Hz 24681012

（3）辐射出射度 （辐出度） 单位时间，单位 面积上所辐射出的各 种频率（或各种波长） 的电磁波的能量总和. 0 2 4 6 8 10 12 /10 Hz 14  钨丝和太阳的单色辐出度曲线 2 12 10 4 6 8 ( )(10 W/m ) 8 3 太阳 M T 可见 光区 钨丝 （5800K） 太阳 （5800K） ( )(10 W/m ) 9 3 钨丝 M T   0 M (T ) M  (T )d 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强 (4)黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率 的电磁辐射的物体称为黑体·（黑体是理想模型) 黑体福射与温度的关系→

实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强. （4）黑体 能完全吸收照射到它上面的各种频率 的电磁辐射的物体称为黑体 .（黑体是理想模型） 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 测量黑体辐射出射度实验装置 小孔 1 平行光管 L,会聚透镜 T 0 空腔 棱镜 热电偶

T L1 s L 2 会聚透镜 c 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 测量黑体辐射出射度实验装置 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 二黑体辐射定律 (1)斯式藩一玻尔兹曼定律 M,(T)/104W.m3) M(T)=DM,(T)d元=oT4 1.0 斯忒藩一玻尔兹曼常量 可见光区 o=5.67×10-8W.m2.K-4 (2)维恩位移定律 0.5 6000K AmT=b 3000K 峰值波长 元/nm 1000 2000 常量b=2.897×103m.K m

0 1000 2000 1.0 0.5 ( )/(10 W m ) 14 3 M T    / nm 二 黑体辐射定律 可 见 光 区 3000K 6000K （1）斯忒藩—玻尔兹曼定律 4 0 M (T )  M  (T )d  T  8 2 4 5 67 10 W m K      .    斯忒藩—玻尔兹曼常量 （2）维恩位移定律 T  b  m 2 897 10 m K 3     常量 b . 峰值波长  m 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 例1（1)温度为室温(20°C)的黑体，其单色辐 出度的峰值所对应的波长是多少？(2)若使一黑体 单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内， 其温度应为多少？(3)以上两辐出度之比为多少？ 解(1)由维恩位移定律 b 2.897×10 3 m=9890nm T 293 (2)取元=650nm b 2.897×10 -3 T'= K=4.46×103K 6.5×10-7 (3)由斯特藩一玻尔兹曼定律 M(T)/M(T)=(T/T)4=5.37×10

m 9890 nm 293 2.897 10 3 m      T b  K 4 46 10 K 6 5 10 2 897 10 3 7 3 m         . . b . T'  4 4 M (T ') M (T )  (T ' T )  5.37 10 例1 （1）温度为室温 的黑体，其单色辐 出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体 单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内， 其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？ (20 C)  解 （2）取  m  650nm （1）由维恩位移定律 （3）由斯特藩—玻尔兹曼定律 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设

第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 例2 太阳的单色辐出度的峰值波长2，=483nm, 试由此估算太阳表面的温度. 解 由维恩位移定律 b 2.897×10 3 T K≈6000K 483×10 对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这 种方法进行推测。 除辐射测温外，黑体辐射的规律在现代科学 技术和日常生活中有着广泛的应用，比如红外线 遥感、红外线追踪

K 6000 K 483 10 2 897 10 9 3 m        b . T  例2 太阳的单色辐出度的峰值波长 ， 试由此估算太阳表面的温度.  m  483nm 解 由维恩位移定律 对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这 种方法进行推测。 第一节 黑体辐射 普朗克量子假设 除辐射测温外，黑体辐射的规律在现代科学 技术和日常生活中有着广泛的应用，比如红外线 遥感、红外线追踪