量子物理 第1章 波粒二象性

《量子物理 第1章 波粒二象性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章波粒二象性一、黑体辐射二、光电效应三、光的二象性光子四、康普顿散射五、粒子的波动性六、概率波与概率幅七、不确定关系一、黑体辐射1.基本概念热辐射能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射。平衡热辐射平衡热辐射当物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量，物体和辐射场达到热平衡，称为平衡热辐射。这时物体的温度固定。以下只讨论平衡热辐射。一、黑体辐射单色辐出度或光谱辐射出射度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称为单色辐出度（单色辐射本领）MλSI单位W/m3辐出度∞辐出度（总辐射本领）M(T)=M(T)dλM（T）∫λ0一、黑体辐射单色辐出度或光谱

2、辐射出射度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称为单色辐出度（单色辐射本领）MλSI单位W/m3光谱吸收比α(ν)在稳定为T时，物体表面吸收的频率在ν到ν+dν区间的辐射能量占全部入射的该区间的辐射能量的份额。实验表明：辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强。理论上可以证明，在同一温度下，光谱辐射度和光谱吸收比的比值与材料种类无关，而是一个确定的值。一、黑体辐射2.黑体辐射的基本规律(1)什么是黑体？黑体：能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体。(2)黑体的基本性质（a）光谱吸收比α()1ν=一、黑体辐射(b)黑体能完全辐射各种波长的光，M最大且只与λ温度有关

3、而和材料及表面状态无关(c)物体辐射的电磁波和吸收的电磁波相同（实验结果）(d)利用黑体可撇开材料的具体性质来普遍地研究热辐射本身的规律一、黑体辐射(3)黑体模型不透明材料空腔开一个面积远小于空腔内表面积的小孔。小孔能完全吸收各种波长的入射电磁波而称为黑体。实例?显示窗口是黑体的一个实例一、黑体辐射(3)黑体模型不透明材料空腔开一个面积远小于空腔内表面积的小孔。小孔能完全吸收各种波长的入射电磁波而称为黑体。(4)光谱辐射度的计算用分光技术测出黑体发出的电磁波的能量按频率的分布，就可以研究黑体辐射的规律。一、黑体辐射（a）维恩公式1869年，维恩从经典的热力学和麦克斯韦分布率出发，导出了一个公

4、式，即维恩公式3/−βνTMe=ανν式中α,β为常量。与实验结果相比较，维恩公式给出的结果在高频范围内与实验结果一致，但在低频范围内有较大的偏差。物理学奖年度诺贝尔获得了热辐射规律维恩因发现1911λ一、黑体辐射（b）瑞利-金斯公式1900年6月，瑞利发表了他根据经典电磁学和能量均分定理导出的公式（后来由金斯稍加修正），即瑞利-金斯公式：22πνM=kTνc2这一公式给出的结果，在低频范围内还能符合实验结果；在高频范围和实验相差甚远，甚至趋向无限大值。（紫外灾难）理学奖获得1904(氩的发现年诺贝尔物)λ一、黑体辐射（c）普朗克公式1900年12月14日，普朗克发表了他导出的黑体辐射的公式

5、，即普朗克公式32πhvM=νce2/hkTν−1这一公式结果与实验结果相符。理奖。论的开拓者获得了诺贝尔物1918年，普朗克作为量子理一、黑体辐射（c）普朗克公式1900年12月14日，普朗克发表了他导出的黑体辐射的公式，即普朗克公式32πhvM=νce2/hkTν−1hν/kThν/kTβν/T高频，分母e−1≈e=e低频，分母ehν/kThkT−1≈ν/维恩公式：瑞利-金斯公式3/−βνTMe=ανν22πνM=kT式中α,β为常量。νc2一、黑体辐射普朗克的成功之处：在热力学分析的基础上，“幸运的猜到了”能量量子化假设。能量量子化假设：对空腔黑体的热平衡状态，他认为是组成腔壁的带电谐

6、振子和腔内辐射交换能量而达到平衡的结果。假设谐振子可能具有的能量是不连续的，而是只能取一些离散的值，以E表示一个频率为ν的谐振子的能量，普朗克假定：E=nhvn=0,1,2,3….式中h是一个常量，称为普朗克常量，它的现代最优值为：−34hJ=6.62607510×⋅S普朗克把式中的每一个能量值称作“能量子”一、黑体辐射普朗克的成功之处：在热力学分析的基础上，“幸运的猜到了”能量量子化假设。能量量子化假设：对空腔黑体的热平衡状态，他认为是组成腔壁的带电谐振子和腔内辐射交换能量而达到平衡的结果。假设谐振子可能具有的能量是不连续的，而是只能取一些离散的值，以E表示一个频率为ν的谐振子的能量，普朗

7、克假定：E=nhvn=0,1,2,3….能量经典量子一、黑体辐射普朗克公式为什么正确？从普朗克公式可以导出两条已被证明的实验定律。一条是关于黑体辐射的全部辐射出射度的斯特潘-玻尔兹曼定律；∞4M==MdσT∫0νν式中σ叫做斯特潘-玻尔兹曼常数，−824σ=×5.6705110WmK/(⋅)一、黑体辐射普朗克公式为什么正确？从普朗克公式可以导出两条已被证明的实验定律。另一条是维恩位移律；维恩位移律说明在温度为