早期量子理论1(热辐射光电效应).ppt

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1、1量子物理2近代物理学概论近代物理学，大体说来，是相对于20世纪以前，以牛顿力学、热力学和麦克斯韦电磁学为核心的经典物理学而言的。近代物理学的研究对象，包括各种聚集态物质的微观结构，原子、原子核、基本粒子、等等各个层次内部结构以及它们的相互作用和运动变化的规律等。它的两大支柱是相对论和量子力学。3近代物理（20世纪）相对论1905狭义相对论1916广义相对论－引力、天体量子力学A旧量子论的形成（冲破经典－量子假说）1900Planck振子能量量子化1905Einstein电磁辐射能量量子化41913N.Bohr原子能量量子化B

2、、量子力学的建立（崭新概念）1923deBroglie电子具有波动性1926-27Davisson,G.P.Thomson电子衍射实验1925Heisenberg矩阵力学1926Schroedinger波动方程1928Dirac相对论波动方程5C、量子力学的进一步发展（应用、发展）量子力学原子、分子、原子核、固体量子电动力学(QED)电磁场量子场论原子核和粒子进一步认识的问题．．．．6本课程的主要教学内容：量子理论的基本概念量子力学解决问题的基本思路和方法对象的特点：1)微观：对象线度小活动范围小米2)粒子除了具有粒子性还具

3、有明显的波动性3)粒子的能量角动量等物理量取值分立完全脱离了经典物理的模式7讲课思路：1)突破性的实验实验规律（应掌握）经典理论的困难假设确立新理论2)实物粒子的波粒二象性及量子力学解决问题的基本方法3)证明量子理论的一些重要实验（应掌握）4)量子力学的应用举例8敲开量子物理大门的首要问题是关于光的本质的认识光具有波动性已被大量实验证明但与物质相互作用的大量实验使经典的波动理论遇到无法克服的困难论述由此展开9量子物理初步§1热辐射和普朗克的能量子假说§2光电效应和爱因斯坦的光量子论§3德布罗意波与电子衍射实验§4不确定关系＊§5薛

4、定谔方程10§1黑体辐射和能量子假说一、热辐射二、黑体辐射的实验规律三、经典物理学遇到的困难四、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式五、量子假说的意义及其与宏观现象的关系11一、热辐射1.热辐射的定义：物体在任何温度下都向周围空间发射各种波长的电磁辐射,称为热辐射。一定时间内物体辐射的电磁波的能量的多少及频率的分布均与物体的温度有关。122.描述热辐射的基本物理量1)单色辐出度：①定义：单位时间内从物体单位表面发出的波长在附近单位波长间隔内的能量。②公式：（单位时间内）T单位面积132)总辐出度(总辐射本领)①定义：单位时间从物体单

5、位表面积上所发射的各种波长的总辐射能。②公式：单位：w/m214二、黑体辐射的实验规律研究热辐射的理想模型--黑体1）定义：如果一个物体在任何温度下，都能全部吸收任何波长的入射电磁波，而没有反射，这个物体就叫做绝对黑体，简称黑体。黑体所发出的辐射，称为黑体辐射。152）黑体模型空腔上的小孔炼钢炉上的小洞向远处观察打开的窗子近似黑体162.黑体辐射实验规律1)实验规律一维恩位移定律：在温度为T的黑体辐射中，单色辐出度的最大值所对应的波长由下式决定：b=2.898×10-3m.K物理意义:温度升高,辐出度最强的电磁波波长变短.17=

6、5.6710-8W/m2K42)实验规律二斯特藩-玻耳兹曼定律：黑体在一定温度下的总辐出度由下式决定：曲线与横轴围的面积就是M(T)例题12.1；12.218三、经典物理学遇到的困难如何从理论上找到符合实验的函数式?理论物理学家做了艰苦地努力为常数1896年维恩从经典热力学理论及实验数据的分析得出1.维恩公式短波方向与实验符合较好192.瑞利-金斯公式1900年从经典电动力学和统计物理学理论推导而得长波方向与实验符合较好短波方向得出灾难性的结论“紫外灾难”－经典物理有难20由经典理论导出的M(T)～公式都与实验结果不符合

7、！物理学晴朗天空中的一朵乌云!21四、普朗克的能量子假说和黑体辐射公式M.Planck德国人1858－1947221.普朗克的能量子假说内容：1）辐射体是由许多带电的线性谐振子（如分子、原子的振动）所组成的，2）谐振子所具有的能量只能是最小能量（叫作能量子）的整数倍，即3）能量子吸收和发射能量的最小值为23普朗克能量子假定：振子的能量不连续E=nn=1,2,3...=h－能量子基本物理思想：辐射黑体中的分子原子可看作线性谐振子振动时向外辐射能量（也可吸收能量）物体发射或吸收电磁辐射时交换能量的最小单位是“能量子”=h24

8、由此得到了：2.普朗克的热辐射公式：大时:维恩公式小时:瑞利-金斯公式普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖25实验物理学家鲁本斯（Rubens）把它同最新的实验结果比较发现：在全波段与实验结果惊人符合26六、量子假说的意义及其与宏观现象的关系=