哈工大大学物理课件(马文蔚教材)-第19章-1量子物理

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1、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)是波长在λλ+dλ范围内单位时间从物体表面单位面积上辐射的电磁波能量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，吸收和反射频率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+

2、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

3、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,----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每一组值可能给定一个驻波，六.关于黑体辐射公式的分析辐射度与辐射

4、能密度能量密度ν（T）：腔壁温度为T时，腔内单位体积中在ννdν范围内单位频率的辐射能腔内每一列电磁驻波频率长方体空腔边长由驻波条件有：每一个驻波有一个能量腔内热平衡后，吸收=辐射。形成驻波普朗克：谐振子能量不连续，则量子统计物理学：单位体积空腔中频率在d之间电磁波驻波数目(两个偏振态)每个驻波的平均能量附：黑体辐射公式推导能量密度ν（T）：腔壁温度为T时，腔内单位体积中在γγdγ范围内单位频率的辐射能单色辐出度1.可以证明：θrdSxyz2.由玻尔兹曼分布律：归一化条件：利用无穷递缩等比数列的和这里平均能量利用等差-等比数列的和平均每个状态的光子

5、(电磁波驻波)能量考虑到两个偏振态单位体积的状态数单位体积单位频率的能量最后可得3.黑体空腔中光子动量pp+dp的状态数或讨论：（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）或斯特藩常数维恩常数由普朗克能量子假设可以得到令：（瑞利----金斯公式）普朗克公式普朗克的思想是完全背离经典物理，受到当时许多人的怀疑和反对，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

6、，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12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

7、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。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加，与入射光强无关。只有U=Uc0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