大学物理课件16量子.ppt

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1、量子物理基础第十六章§16-1热辐射§16-2光电效应§16-3康普顿效应§16-4玻尔的氢原子理论§16-5微观粒子的波粒二象性§16-6不确定性关系§16-7波函数薛定谔方程§16-8一维无限深势阱一、描述热辐射的基本物理量1.单色辐出度M(T)§16-1热辐射定义：物体表面单位面积单位时间内发射、波长在--+d范围内的辐射能dM与波长间隔之比，即§16-1热辐射意义：反映不同温度下物体的辐射能按波长分布的情况2.辐出度M(T)定义：物体表面单位面积单位时间内发射的各种波长的总辐射能，即意义：反映了不同温度下物体单位面积发射的辐射功率的大小§16-1热辐射3.单

2、色吸收率和单色反射率单色反射率单色吸收率单色透射率不透明时当时，则称为绝对黑体§16-1热辐射二、基尔霍夫定律热平衡时：发射辐射能量=吸收辐射能量绝热真空腔体----基尔霍夫定律即§16-1热辐射讨论：(1)好的发射体，必是好的吸收体(2)对任何波长的辐射能，绝对黑体所发射的能量都要比相同温度下其它物体发射的能量多§16-1热辐射三、绝对黑体的辐射定律1．黑体模型绝对黑体：开小孔的腔体外壳热电偶保温层加热线圈腔体腔芯热屏蔽套管§16-1热辐射2.黑体单色辐出度实验曲线(2)MB(T)随连续变化，每条曲线有一峰值(1)曲线随T的升高而提高，即MB随T升高而增大(3)随T的升

3、高，峰值波长m减小规律：§16-1热辐射3.黑体的辐射定律1879年德国物理学家斯特藩实验得到，1884年玻耳兹曼由光的电磁理论和热力学证实：(1)斯特藩-玻耳兹曼定律=5.6705110-8W/m2·K4-----斯特藩常数§16-1热辐射(2)维恩位移定律b=2.89775610-3mK1893年德国物理学家维恩根据电磁理论和热力学理论得到4.经典物理学所遇到的困难19世纪末，物理学最引人注目的课题之一：从理论上导出与实验相符的黑体单色辐出度表达式§16-1热辐射c1,c2:实验确定的经验参数维恩的半经验公式---假设黑体辐射能谱分布类似于麦克斯韦速率分布，推出

4、----仅在短波段与实验曲线相符维恩线1911年维恩获诺贝尔物理学奖§16-1热辐射瑞利-金斯公式---根据经典的能量均分原理导出只适用于长波段----“紫外灾难”瑞利-金斯线维恩线经典物理学的推导均与实验不符§16-1热辐射四、普朗克公式1.普朗克的经验公式该结果与实验结果惊人地相符德国物理学家普朗克综合维恩和瑞利-金斯公式，提出C1和C2分别为第一和第二辐射常数§16-1热辐射2.普朗克的能量子假设1900年普朗克提出能量子假设:腔壁中带电谐振子的能量以及它们吸收或辐射的能量都是量子化的;频率为的振子能量只能取h的整数倍h称为能量子----普朗克常数§16-1热辐射

5、----普朗克公式由能量子假设，普朗克从理论上导出公式§16-1热辐射讨论：普朗克1918年获诺贝尔物理学奖(1)对普朗克公式由0积分即得斯特藩-玻耳兹曼定律(2)对普朗克公式求极值，即得维恩位移定律§16-1热辐射[例1]弹性系数k=15N/m的弹簧，一端悬挂上质量为1kg的小球，其振幅为0.01m，求(1)按普朗克能量量子化假设，与弹簧相联系的量子数n为多大？(2)如量子数n改变一个单位，求能量的改变值与总能量的比值解：(1)弹簧、小球系统具有能量§16-1热辐射由普朗克假设而(2)当n变化一个单位时实验仪器无法分辨，看到的将是一片连续区域----不显量子效应§16-1

6、热辐射[例2]天文学上常用斯特藩-玻耳兹曼定律确定恒星半径。已知某恒星到达地球时单位面积上的辐射功率为1.210-8W/m2，恒星离地球距离为4.31017m，表面温度为5200K。如恒星辐射与黑体相似，求恒星半径解：设恒星半径为R，表面温度为T，距地球表面R’§16-1热辐射所以恒星辐射的总功率不考虑吸收有§16-1热辐射(外)光电效应：金属在光的照射下发射电子的现象§16-2光电效应一、光电效应的实验规律§16-2光电效应光强较强光强较弱饱和电流(1)饱和电流与入射光强成正比实验规律----单位时间内，阴极溢出的光电子数与入射光强成正比§16-2光电效应(2)加反向电

7、压至Ua时光电流为零----光电子溢出时有最大初动能能量关系满足光强较强光强较弱饱和电流截止电压§16-2光电效应(3)截止电压和入射光频率成线性关系:与金属有关的恒量:与金属无关的普适恒量----最大动能与入射光频率成线性关系，而与入射光强无关§16-2光电效应(4)光电子是即时发射的，无论光强如何，弛豫时间不超过10-9s----存在截止频率(红限)----红限§16-2光电效应二、光波动理论的缺陷波动说认为：(1)金属中电子吸收光能逸出,其初动能由光振动振幅,即由光强决定实验结果初动能与入射光频率