大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设理学院 物理系 *第十五章 量子物理Quantum Physics量子论发展沿革早期量子论量子力学相对论量子力学普朗克能量子假说 爱因斯坦光子假说 康普顿效应 玻尔的氢原子理论德布罗意实物粒子波粒二象性 薛定谔方程 波恩的物质波统计解释 海森伯的不确定度关系狄拉克把量子力学与狭义 相对论相结合大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设理学院 物理系 *第十五章 量子物理Quantum Physics15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设Black-body radiation Quantum assumption of Planck 15-2 光电效应 光的波粒二象性Photoelectric effect Wave - particle dualism of lihgt 15-3 康普顿效应Compton effect 15-4 氢原子玻尔理论Bohr theory of hydrogen atom 15-5 德布罗意波 实物粒子的二象性de Broglie wave Wave - particle dualism of real object particle大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设理学院 物理系 *第十五章 量子物理Quantum Physics15-6 不确定度关系uncertainty relation 15-7 量子力学简介Synopsis of quantum mechanics 15-8 氢原子的量子理论简介Synopsis of quantum theory of hydrogen atom 15-9 多电子原子中的电子分布Distribution of electron in atom with multiple electron大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设理学院 物理系 *15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设Black-body radiation Quantum assumption of Planck一、热辐射(Heat radiation)1、热辐射任何物体在任何温度下都在不断地向外发射各 种波长的电磁波.加热一金属，温度较低时，辐射能量较少，波 长较长。当800K时，开始辐射可见光，随着温度逐 渐增加，辐射波长逐渐变短，看到的颜色将是由暗 红色 红 黄 白 青白大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设理学院 物理系 *在相同温度下，不同物质所辐射的电磁波中，单 位时间内辐射的能量和不同波长的辐射能的分布状 况都是不同的。当物体从外界吸收的辐射能恰好等于它在同一时 间内放出的辐射能时，物体的热辐射过程达到平衡 ，其温度将保持不变。2、平衡热辐射* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设(2)辐出度 M(T )单位时间内，从物体表面单位面积上发出的所有波长的电磁波的总能量。(3)单色吸收比 和单色反射比对不透明物体：(1)单色辐出度 M (T)单位时间内，从物体表面单位面积上辐射出的波长在附近单位波长间隔内的能量。3、描述热辐射的物理量* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设能完全吸收各种波长电磁波而 无反射和透射的物体二、绝对黑体和黑体(Black-body)辐射的基本规律1、绝对黑体2、基尔霍夫定律在平衡辐射的条件下，物体的单色辐出度和 单色吸收系数之比是一个与温度和频率有关的普 适量，而该普适量就是绝对黑体的单色辐出度。* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设黑体的单色辐出度M0(T)在 温度一定时随波长的变化实 验规律。3、黑体辐射的实验定律(2)维恩位移律(1)斯特藩-玻耳兹曼定律 M0(T)2200K2000K1800K1600Km利用该原理，可通过测定的辐出度计算出温度。如 在冶炼金属中，通过炉上所开的小孔，可测定炉温。* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设 三、普朗克量子假说与实验结果惊人地符合普朗克常数：h = 6.626075510-34 Js2、瑞利金斯公式(1900-1905)1、 维恩公式 (1893)M 3、普朗克公式 (1900)维恩线瑞利金斯线普朗克线实验结果紫外灾难* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设4、普朗克量子假说辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发 射和吸收辐射能。这些谐振子只能处于 某些分立的状态，在这些状态下，谐振 子的能量不能取任意值，只能是某一最 小能量 的整数倍。对频率为 的谐振子, 最小能量 为:n为整数， 称为量子数 称为能量子M.Planck(1858-1947)量子理论奠基人 1918年获诺贝尔 物理学奖* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设 普朗克从这些假设出发可以得到他的黑体辐射公式：他的墓碑上只刻着他的姓名(M.Planck)和Planck的量子假设，突破了经典物理学的观念， 第一次提出了微观粒子具有分立的能量值，打开了人 们认识微观世界的大门，在物理学发展史上起了划时 代作用。以此为基础，经多人努力，最终形成了反映 微观粒子运动规律的量子物理学。* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设解：(1)根据维恩位移定律例15-1 实验测得太阳辐射波谱的 ，若把太阳视为黑体，则(1)太阳表面的温度；(2)太阳的辐射功率；(3)由于热辐射而使太阳质量耗损1%经历的时间。(已知太阳半径Rs=6.96108m,质量Ms=2 1030kg)* 理学院 物理系 大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克的量子假设(3)根据相对论质能关系(2)斯特藩-玻耳兹曼定律M(T )=T 4