大学物理学（第3版） 第15章 量子物理基础

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1、第十五章量子物理基础§15-1黑体辐射普朗克量子假设§15-2光的量子性§15-3玻尔的氢原子理论§15-4粒子的波动性§15-5测不准关系§15-6波函数　薛定谔方程§15-7薛定谔方程在几个一维问题中的应用§15-8量子力学对氢原子的应用§15-9斯特恩－盖拉赫实验§15-10电子自旋§15-11原子的壳层结构1一、辐射：化学发光、光致发光、场致发光、阴极发光、热辐射等。§15-1黑体辐射、普朗克量子假设三、热辐射的一般特点：(1）物质在任何温度下都有热辐射。(2）温度越高，发射的能量越大，发射的电磁波的波长越短。15.1.

2、1热辐射绝对黑体辐射定律二、热辐射：组成物质的诸微观粒子在热运动时都要使物体辐射电磁波，产生辐射场。这种与温度有关的辐射现象，称为热辐射。指物质以发射电磁波的形式向外界输出能量。如2四、平衡热辐射：在任一时刻,如果物体辐射的能量等于所吸收的能量，辐射过程达到热平衡，称为平衡热辐射。此时物体具有固定的温度。以下只讨论平衡热辐射。3五、单色辐射本领为了定量地描述不同物体在不同的温度下物体进行热辐射的能力，而引入单色辐射本领。1、单色辐射本领Mλ(T)单位时间内从物体单位表面发出的波长在λ附近单位波长间隔内的电磁波的能量Mλ（T）称单

3、色辐射本领。(或单色辐出度)4单色辐射本领反映了在不同温度下辐射能按波长分布的情况。实验表明：不同的物体，不同的表面（如光滑程度）其单色辐射本领是大不相同的。（例如：如果我们目的是散热，则应：加大表面积，使表面粗糙，使其颜色加深）单色辐射本领Mλ（T）是温度T和波长λ的函数。5六、吸收比反射比基尔霍夫定律：1、吸收比、反射比：吸收比：物体吸收的能量和入射总能量的比值，（，T）反射比：物体反射的能量和入射总能量的比值，（，T)2、基尔霍夫定律：基尔霍夫在1860年从理论上推得物体单色辐射本领与单色吸收比之间的关系:6所有物

4、体的单色辐射本领Mλ(T)与该物体的单色吸收比的比值为一恒量。①这个恒量与物体的性质无关，而只与物体的温度和辐射能的波长有关。7②说明单色吸收比大的物体，其单色辐出度也大。（例如黑色物体，吸热能力强，其辐出本领也大）③若物体不能发射某一波长的辐射能，那么该物体也就不能吸收这一波长的辐射能。＊关于物体颜色的说明：――均指可见光范围。例如：红色――表示除红光外，其余都吸收（余类推）白色――表示对所有波长的光都不吸收。黑色――表示对所有波长的光都吸收。8七、绝对黑体1、绝对黑体模型由于物体辐射的光和吸收的光相同，因此黑体能辐射各种波长

5、的光，它的M(T）最大且只和温度有关。有一类物体不论它们组成成分如何，它们在常温下，几乎对所有波长的辐射能都能吸收。黑体:能完全吸收照射到它上面的各种波长的光的物体。例如优质烟煤和黑色珐琅对太阳光的吸收能力可达99％。9用不透明材料制成的开一个小孔的空腔，小孔面积远小于空腔内表面积，射入的电磁波能量几乎全部被吸收。小孔能完全吸收各种波长的入射电磁波而成为黑体模型。10式中MB(T）叫做绝对黑体的单色辐射本领。由基尔霍夫定律：2、绝对黑体就是吸收系数(,T)＝1的物体。可知，这类物体在温度相同时，发射的辐射能按波长分布的规

6、律就完全相同。11（1）任何物体的单色辐射本领和单色吸收比等于一个恒量，而这个恒量就是同温度下绝对黑体的单色辐射本领。（2）若知道了绝对黑体的单色辐射本领，就可了解所有物体的辐射规律，因此，研究绝对黑体的辐射规律就对研究热辐射极为重要。123、绝对黑体单色辐射本领按波长分布曲线MBλ(T)只和温度有关1100K1300K1500K1700K(Å)MB（T）20003000保持一定温度，用实验方法可测出单色辐射本领随波长的变化曲线。取不同的温度得到不同的实验曲线，如图：13对待这个实验曲线，许多物理学家从不同的侧面进行了研究，

7、并得出许多重要结论，下面是有代表意义的两条：斯忒藩――玻尔兹曼定律该定律主要是计算分布曲线下的面积称为斯忒藩常数14维恩位移定律由图可看出，对应于每一条单色辐射本领按波长分布的曲线都有一个极大值，与这极大值对应的波长，叫做峰值波长。λm.称维恩常数15八、经典物理学所遇到的困难1、维恩公式：上述结果并没有给出单色辐射本领的具体函数式，十九世纪末，有许多物理学家用经典理论导出的MB（T）公式与实验结果不符合，其中最典型的是维恩公式和瑞利—金斯公式。维恩假设：黑体的辐射可看成是由许多具有带电的简谐振子（分子，原子的振动）所发射，辐

8、射能按频率（波长）分布的规律类似于麦克斯韦分子速度分布律，于1896年得出绝对黑体的单色辐出度与波长、温度关系的一个半经验公式。16按照这个函数绘制出的曲线,其在高频(短波)部份与实验曲线能很好地相符,但在低频(长波)部份与实验曲线相差较远。172、瑞利－金斯公