三峡大学理学院：《大学物理》PT电子教案_第十六章 量子物理基础（张甫宽）

16-1罘体辐射普朗克量子假设 黑体辐射 1、热辐射的基本概念 一定时间内的物体辐射能的多少及其按波长 的分布与物体的温度有关,这种与温度有关的辐 射称为热辐射。 (1)单色辐出度(单色辐射本领) 设单位时间内从物体单位表面积上发射的波长 在~+L范围内的辐射能为aM2,则定义 dM M2(T) d2=MA(T,4)

16-1 黑体辐射 普朗克量子假设 一、黑体辐射 1、热辐射的基本概念 一定时间内的物体辐射能的多少及其按波长 的分布与物体的温度有关，这种与温度有关的辐 射称为热辐射。 （1）单色辐出度（单色辐射本领） ( ) ( ,)     M T d dM M T = = 设单位时间内从物体单位表面积上发射的波长 在  ~  + d 范围内的辐射能为 dM ，则定义

(2)辐出度 从物体单位表面积上所辐射的各种浪长的 总辐射功率称为物体的辐出度。 M(T=M(T)dn 2、黑体辐射的基本规律 如果一个物体能够完全地吸收 入射在它上面的电磁波,这样 的物体称(绝对)黑体。 在用不透明材料做成的空腔上 开一个小孔,这样的小孔可看 作黑体模型,如图。 当空腔处于某一温度时,由小孔辐射出来的 电磁辐射就可看作黑体辐射

在用不透明材料做成的空腔上 开一个小孔，这样的小孔可看 作黑体模型，如图 。 从物体单位表面积上所辐射的各种波长的 总辐射功率称为物体的辐出度。 M T M T d   = 0 （ ） ( ) 当空腔处于某一温度时，由小孔辐射出来的 电磁辐射就可看作黑体辐射。 （2）辐出度 2、黑体辐射的基本规律 如果一个物体能够完全地吸收 入射在它上面的电磁波，这样 的物体称（绝对）黑体

黑体单色辐出度按波长和温度的分布曲线: BBa(t) 300K 00 (um) 0 2 3 56A

0 1 2 3 4 5 6 (μm) B (T ) B  黑体单色辐出度按波长和温度的分布曲线：

(1)斯特藩一玻尔兹曼定律 黑体辐射的辐出度: M(T)=OT4 σ=567×103W·m2·K一斯特藩常数 (2)维恩位移定律 MBat) T=b b=2898×103m·K一维恩常数 m峰值波长 当绝对黑体的温度升高时,单色辐出度 最大值向短波方向移动

（1）斯特藩—玻尔兹曼定律 黑体辐射的辐出度： 4 MB (T ) = T  = 5.6710−8 W m −2 K −4 —斯特藩常数 当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度 最大值向短波方向移动。 （2）维恩位移定律 峰值波长  m T = b b = 2.89810−3 m K —维恩常数 M (T ) B  m 

1918诺贝尔物理学奖 MV普朗克 研究辐射的量子理 论,发现基本量子 ,提出能量量子化 的假设

M.V.普朗克 研究辐射的量子理 论，发现基本量子 ，提出能量量子化 的假设 1918诺贝尔物理学奖

二、普朗克量子假设 瑞利和金斯公式: 2丌C B2 kT 按瑞利和金斯公式计算所得的曲线在长波区与 实验一致,在浪长小于紫外光的短浪区,与实验 偏离很大,这一结果称为“紫外灾难”。 普朗克量子假说 (1)黑体是由带电谐振子组成,这些谐振子辐射电磁波, 并和周围的电磁场交换能量。 (2)这些谐振子能量不能连续变化,只能取一些分立值 ,是最小能量ε的整数倍,这个最小能量称为能量子。 E=hvh=6.63×1034J.s

二、普朗克量子假设 瑞利和金斯公式： k T c M B 4 2    = 按瑞利和金斯公式计算所得的曲线在长波区与 实验一致，在波长小于紫外光的短波区，与实验 偏离很大，这一结果称为“紫外灾难” 。 普朗克量子假说 ： (1)黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐射电磁波， 并和周围的电磁场交换能量。  = h (2) 这些谐振子能量不能连续变化，只能取一些分立值 ，是最小能量 的整数倍,这个最小能量称为能量子。 h =  J s −34 6.63 10

MBa(t) 实验值 紫外灾难 MB(7)=C347 瑞利-金斯 维恩 FMBa(T)=Case ar 0123456 7892(m)

MB  ( T ) 实验值 维恩 瑞利--金斯 紫外灾难 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ( m ) TC B M ( T ) C e    2 5 1 − − = M B T C T 4 3 ( ) −  = 

普朗克得到了黑体辐射公式: c——光速 MB2(T)=2nhc ho AkT-1 k—玻尔兹曼恒量 h—普朗克常数h=6.63×1034J·s 普朗克提出的量子假设不仅成功地解决了黑 体辐射的“紫外灾难”的难题,而且开创了物理 学研究的新局面,为量子力学的诞生奠定了基础

h—普朗克常数 h =  J s −34 6.63 10 普朗克得到了黑体辐射公式： 1 1 2 2 5 − = − k T B hc e M (T ) hc     c ——光速 k ——玻尔兹曼恒量 普朗克提出的量子假设不仅成功地解决了黑 体辐射的“紫外灾难”的难题，而且开创了物理 学研究的新局面，为量子力学的诞生奠定了基础

1921诺贝尔物理学奖 A爱因斯坦 对现物理方面的贡 献,特别是阐明光 电效应的定律

• A.爱因斯坦 • 对现物理方面的贡 献，特别是阐明光 电效应的定律 1921诺贝尔物理学奖