第2章 原子的量子态ppt课件.ppt

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1、第二章原子的量子态：玻尔模型内容：1、背景知识2、玻尔模型3、实验验证之一：光谱4、实验验证之二重点：玻尔模型，光谱§２.1背景知识经典力学、经典电磁电磁场理论、经典统计力学（1）“紫外灾难”，经典理论得出的瑞利－金斯公式，在高频部分趋无穷。（2）“以太漂移”，迈克尔逊－莫雷实验表明，不存在以太。在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云两大困惑：“夸克禁闭”和“对称性破缺十九世纪中期，物理学理论在当时看来已经发展到了相当完善的阶段，那时，一般的物理现象都可以用相应的理论加以解释。物体的宏观机械运动，准确地遵从牛顿力学

2、规律；电磁现象被总结为麦克斯韦方程；热现象有完整的热力学及统计物理学；……；物理学的上空可谓晴空万里，在这种情况下，有许多人认为物理学的基本规律已完全被揭示，剩下的工作只是把已有的规律应用到各种具体的问题上，进行一些计算而已。一、黑体黑体辐射1、热辐射热辐射现象：任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁波。电磁波能量的多少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射。热平衡现象：辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。2、黑体定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物

3、体为绝对黑体，简称黑体。说明：(1)黑体是个理想化的模型。(2)对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。一、量子假说根据之一：黑体辐射3、与热辐射有关的物理量单色辐出度从热力学温度为T的黑体的单位面积上、单位时间内、在单位波长范围内所辐射的电磁波能量，称为单色辐射出射度，简称单色辐出度，用Mλ(T)表示。辐射出射度在单位时间内，从热力学温度为T的黑体的单位面积上、所辐射的各种波长范围的电磁波的能量总和，称为辐射出射度，简称辐出度。黑体－能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体。且只与　　　　温度有关，而和材料及表面状态无关。1、

4、基尔霍夫定律－任何物体的辐射在同一温度下的辐射本领和吸收本领成正比，问题：在实验中如何测能量谱密度（，T）2、斯特藩定律－黑体辐射的总本领与它的绝对温度的四次方成正比３．维恩定律－辐射能量分布定律维恩位移律4、瑞利－金斯定律和紫外灾难从经典能量按自由度均分定律二、黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的困难1、目的：探求单色辐出度的数学表达式2、瑞利—金斯公式利用能量均分定理和电磁理论得出：3.Wien公式:辐射能量分布与麦克斯韦分子速率分布相似,1893年得到的公式:实验瑞利-金斯T=1646k4、经典物理的困难瑞利—金斯公式在

5、低频（长波）部分与实验曲线相符合，在高频（短波）则完全不能适用。在高频部分，黑体辐射的单色辐出度将随着频率的增高而趋于“无限大”——“紫外灾难”。Wien公式在短波范围与实验符合较好,在长波处与实验相差很大。三、普朗克假说普朗克黑体辐射公式普朗克(MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858―1947)德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人。普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出了能量的量子化假设，并导出了黑体辐

6、射的能量分布公式。这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。劳厄称这一天为“量子论的诞生日”。1918年普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖金。1899年Planck得知Wien公式仅在短波范围与实验相符,在长波范围与实验有较大偏离,因此需要进一步修正.1900年十月,德国实验物理学家Rubens拜访Planck,告诉他实验结果在长波段接近瑞利—金斯公式,Planck受到启发,用内插法将Wien公式和瑞利—金斯公式结合起来得到了要求的辐射公式并寄给了Rubens.Rubens接到公式后与实验进行了认真

7、比较,发现令人满意的一致,两天后Rubens将结果告诉了Planck.1900年10月19日,在德国物理学会议上,发表论文但Planck认识到该公式是一个侥幸猜中的内推公式,不具备明确的理论基础,他开始致力于找出这个公式的真正物理意义,提出了能量子假设,1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文.Planck对量子论态度(1)能量子纯粹是一种形式上的假设,对它没有想得太多.(2)无论怎样要在经典物理学体系中建立作用量子.(3)将量子引入理论要尽可能谨

8、慎,非绝对必要,不要改变现有理论.1、普朗克假说谐振子的能量可取值只能是某一最小能量单元ε的整数倍，即：E=nε,n=1,2,3,....ε叫能量子，简称量子，n为量子数，它只取正整数——能量量子化。对于频率为n的谐振子，最小能量为：ε=hn其中h=6.626