第19章量子物理1

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1、19量子物理1927年第五届索尔威会议爱因斯坦洛仑兹居里夫人普朗克德拜泡利康普顿薛定谔狄拉克埃伦费斯特布喇格玻尔海森伯玻恩朗之万第十九章量子物理19-1黑体辐射普朗克的能量子假说一.热辐射的基本概念1）辐射出射度(辐出度)---M(T)单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的各种波长电磁波能量的总和2)单色辐射出射度（单色辐出度）热辐射：物体发出的各种电磁波的能量按波长(或频率)的分布随温度而不同的电磁辐射现象。（光谱辐射出射度）或式中dM(T)是单位时间从物体表面单位面积上辐射波长在λλ+

2、dλ范围内的电磁波能量3）单色吸收比（光谱吸收比）λ和单色反射比（光谱反射比）λ物体在温度T，吸收和反射波长λλdλ范围内电磁波能量与相应波长入射电磁波能量之比对于不透明物体：λ+λ=1单位：W/(m3)1）辐射出射度(辐出度)---M(T)2)单色辐射出射度（单色辐出度）（光谱辐射出射度）二.基尔霍夫定侓和黑体2）黑体若一个物体在任何温度下，对于任何波长入射辐射能的吸收比都等于1,则称它为绝对黑体——黑体即,1）基尔霍夫定侓：人造绝对黑体模型—封闭空腔上的小孔绝对黑

3、体的单色辐出度---研究热辐射的中心问题问：既然入射到黑体上的光，没有反射，还有光从黑体出射吗？黑体的辐射最大黑体辐射的实验曲线可见光区0M实验装置黑体准直系统三棱镜测量系统透镜加热器3）黑体辐射的实验研究三.黑体辐射的基本规律1）斯特藩——玻耳兹曼定律斯特藩常数2）维恩位移定律黑体辐射出的光谱中辐射最强的波长m与黑体温度T之间满足关系维恩常数四.经典物理学所遇到的困难——解释实验曲线1）维恩的半经验公式：公式适合于短波波段，长波波段与实验偏离。公式只适用于长波段,而在紫外区与实验不符,---

4、-紫外灾难2）瑞利----金斯公式玻尔兹曼常数k=1.38065810-23J/K假说:对于一定频率的电磁辐射,物体只能以h为单位发射或吸收它物体发射或吸收电磁辐射只能以“量子”的形式进行,每个能量子能量为:普朗克常数五.普朗克的能量子假说普朗克公式---h是一个普适常数或能量子的最小能量或讨论：（1）（2）（斯特藩——玻耳兹曼定律）（维恩位移定律）（3）当ν大时（短波段）（维恩的半经验公式）（4）当ν小时（长波段）（瑞利----金斯公式）或普朗克的思想是完全背离经典物理，受到当时许多人的

5、怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除这一关系式。他写道：我试图将h纳入经典理论的范围，但这样的尝试都失败了，这个量非常顽固，后来他又说：普朗克的能量子假说导致了量子力学的产生，普朗克也成为量子力学的奠基人，于1918年获得诺贝尔奖。1900年12月14日成为量子物理的诞生日在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。但我从这种深入剖析中也获得了极大的好处，我终于确切地知道能量子将在物理中发挥出巨大作用。1900年1

6、2月14日普朗克在德国物理学会的例会上以题为“关于正常谱中能量分布定律的理论”条理清晰地推导和论证了他得到的黑体辐射公式。普朗克的能量子假说标志着量子时代的开始能量子的成功在于揭示了经典理论处理黑体辐射失败的原因是使用了辐射能量连续分布的经典概念。能量子假设提出了原子振动能量只能是一系列分立值的能量量子化的新概念。14例：设想一质量为m=1g的小珠子悬挂在一个小轻弹簧下面作振幅A=1mm的谐振动弹簧的劲度系数k=0.1N/m，按量子理论计算此弹簧振子的能级间隔多大？减少一个能量子时振动能量的相对

7、变化是多少？解：弹簧振子的频率为什么在宏观世界中观察不到能量分立的现象?能级间隔振子能量相对能量变化这样小的相对能量变化在现在的技术条件下还不可能测量出来现在能达到的最高的能量分辨率为：所以宏观的能量变化看起来都是连续的经典能量量子19-2光电效应光的波粒二象性实验规律一光电效应的实验规律光电效应光电子iH1.入射光频率一定时，饱和光电流强度iH与入射光强度Is成正比。单位时间内从金属表面溢出的电子数目n(iH=ne)与入射光强度成正比，n∝光强Is2.光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增

8、加，与入射光强无关。只有U=Uc时，光电流才为0，Uc称为截止电压。iHUc式中，K是常数，而U0由阴极金属材料决定3.对于每一种金属，只有当入射光频率大于一定的红限频率0时，才会产生光电效应。4.光电效应是瞬时的。只要入射光频率0，无论多弱，光照射阴极到光电子逸出这段时间不超过10-9s.U0--光电效应的红限频率（或截止频率）光的经典波动学说的缺陷1、金属中的电子从入射光中吸收能量，逸出金属表面的初动能应决定于光的强度。实验:初动能与入射光的频率有关，与光强无关2、如果入