第十八章量子物理基础.ppt
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1、安徽大学出版社 大学物理电子教案第十八章量子物理基础第十八章量子物理基础现在学习的是第1页,共35页 201 热辐射 普朗克能量子假设 202 光电效应和爱因斯坦光子理论 203 康普顿散射第二十章第二十章 量子物理基础量子物理基础 204 氢原子光谱 玻尔的氢原子理论*205 微观粒子的波粒二象性 206 波函数 207 薛定谔方程 208 一维定态问题 209 量子力学和氢原子 2010 电子自旋 多电子原子的壳层结构现在学习的是第2页,共35页 201 热辐射热辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设 热辐射热辐射(thermal radiation):物体的辐射与其温度有关,故将物体的辐
2、射与其温度有关,故将这种辐射称为热辐射这种辐射称为热辐射.这种电磁波形式的辐射能量按波长分这种电磁波形式的辐射能量按波长分布是不均匀的布是不均匀的.一、热辐射一、热辐射 黑体辐射黑体辐射发射发射=吸收时,其温度不变吸收时,其温度不变 平衡热辐射平衡热辐射.辐射电磁波的同时,物体也吸收投射到它表面的电磁波。辐射电磁波的同时,物体也吸收投射到它表面的电磁波。定量描述定量描述 单色辐出度单色辐出度(monochromatic radiant exitance)温度为温度为T 的物体在单的物体在单位时间内从单位表面积上发射的波长在位时间内从单位表面积上发射的波长在和和+d 之间的辐射功之间的辐射功率率
3、dM 与与d 之比之比.现在学习的是第3页,共35页单位单位:辐出度辐出度(radiant exitance)温度为温度为T 的物体在单位时间内从单位表面的物体在单位时间内从单位表面积上发射的所有各种波长的辐射能称为该物体的辐射出射度,简称积上发射的所有各种波长的辐射能称为该物体的辐射出射度,简称辐辐出度出度.单位单位:单色吸收比单色吸收比(monochromatic absorptance)和单色反射比和单色反射比 被物体吸收能量与入射能量之比称为吸收比,反射能量与被物体吸收能量与入射能量之比称为吸收比,反射能量与入射能量之比称为反射比入射能量之比称为反射比.在波长在波长和和+d 之间的吸收
4、比之间的吸收比称为单色吸收比称为单色吸收比 ,在波长在波长和和+d 之间的反射比之间的反射比称为单色反射比称为单色反射比 .现在学习的是第4页,共35页对于不透明物体对于不透明物体:黑体黑体(black-body)能在任何温度下能在任何温度下,完全吸收入射到其表面的任完全吸收入射到其表面的任何波长电磁波的物体称为黑体何波长电磁波的物体称为黑体.黑体发出的热辐射黑体发出的热辐射,叫做黑体辐射叫做黑体辐射.G.R.Kirchoff18241887 基尔霍夫定律基尔霍夫定律(Kirchoff law)在同样的温度在同样的温度下下,不同的物体或不同表面性质的物体不同的物体或不同表面性质的物体,其单其单
5、色辐出度与单色吸收比的比值与物体的具体性色辐出度与单色吸收比的比值与物体的具体性质无关质无关.一个好的吸收一个好的吸收体一定是一个好的体一定是一个好的辐射体辐射体.现在学习的是第5页,共35页黑体黑体 黑体黑体是理想模型,可以用是理想模型,可以用黑体黑体单色单色辐出度来描述热辐射的普遍规辐出度来描述热辐射的普遍规律律.现在学习的是第6页,共35页 二、黑体辐射实验定律二、黑体辐射实验定律黑体黑体 热电偶热电偶 测测 M0(T)光栅光谱仪光栅光谱仪T空腔辐射空腔辐射辐出度测量装置辐出度测量装置W.Wien 18641928 现在学习的是第7页,共35页1800K1800K2000K2000K0
6、1500K1500K2200K2200K总辐出度总辐出度1.总辐出度即曲线下面积总辐出度即曲线下面积.2.总总辐出度只与温度有关辐出度只与温度有关.现在学习的是第8页,共35页斯特藩斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 黑体黑体的总辐出度与黑体的热力学温度的四次方成正比的总辐出度与黑体的热力学温度的四次方成正比.斯特藩斯特藩玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量Josef Stefan18351893 Ludwig Boltzmann18441906 现在学习的是第9页,共35页维恩位移定律维恩位移定律 黑体辐射中黑体辐射中,辐出度最大辐出度最大,即辐射最强的波长与与黑体的热力即辐射最强的波长与与黑体的热力学温度
7、成反比学温度成反比.维恩常数维恩常数固体在温度升高固体在温度升高 时颜色的变化时颜色的变化800K300K1200K1000K1400K现在学习的是第10页,共35页 例例1.太阳的表面可以看成是黑体太阳的表面可以看成是黑体,测得太阳辐射的峰值测得太阳辐射的峰值波长波长m 约为约为500nm,估算太阳表面的温度和总辐出度估算太阳表面的温度和总辐出度.解解:由维恩位移定律,太阳表面温度:由维恩位移定律,太阳表面温度:利用斯特藩利用斯特藩玻尔兹曼定律,太阳表面总辐出度为:玻尔兹曼定律,太阳表面总辐出度为:现在学习的是第11页,共35页 例例2.大爆炸宇宙学预言大爆炸宇宙学预言,由于宇宙初始的大爆炸
8、由于宇宙初始的大爆炸,现在宇宙中现在宇宙中应残存相当于应残存相当于m 约为约为1mm的黑体辐射的黑体辐射,它处于微波波段它处于微波波段,称为宇称为宇宙微波背景辐射宙微波背景辐射,计算其相应的黑体温度计算其相应的黑体温度.解解:由维恩位移定律,相应的黑体温度:由维恩位移定律,相应的黑体温度:现在学习的是第12页,共35页三、普朗克能量子假设三、普朗克能量子假设M.Planck1858-19471.1896年的年的维恩公式维恩公式(Wien formula)为常数为常数维恩线维恩线维恩线维恩线 如图如图,在短波区域在短波区域与实验符合很好与实验符合很好.维恩根据经典热力学得出维恩根据经典热力学得出
9、:现在学习的是第13页,共35页2.1900年的年的瑞利瑞利 金斯公式金斯公式(Rayleigh-Jans formula)如图如图,在长波区域在长波区域与实验符合很好与实验符合很好.L.Rayleigh18421919 J.H.Jeans1887-1946 瑞利和金斯用能量均分定理和电磁理论得出:瑞利和金斯用能量均分定理和电磁理论得出:瑞利瑞利 金斯线金斯线维恩线维恩线维恩线维恩线紫外灾难紫外灾难紫外灾难紫外灾难现在学习的是第14页,共35页3.1900年年10月月 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式 普朗克利用数学上的内插法,衔接了维恩公式和普朗克利用数学上的内插法,衔接了维恩公式和瑞利
10、瑞利 金斯公式,得到:金斯公式,得到:为真空中光速为真空中光速 为普朗克常数为普朗克常数现在学习的是第15页,共35页普朗克线普朗克线普朗克线普朗克线瑞利瑞利瑞利瑞利 金斯线金斯线金斯线金斯线维恩线维恩线维恩线维恩线 如图如图,在全部波长在全部波长范围内与实验曲线完全范围内与实验曲线完全符合符合.普朗克认为普朗克认为:空腔内壁的分子、原子的振动可视为带电的一维空腔内壁的分子、原子的振动可视为带电的一维谐振子,可以吸收或辐射能量,并与空腔内的辐射达到平衡谐振子,可以吸收或辐射能量,并与空腔内的辐射达到平衡.普朗克假设普朗克假设:频率为频率为 v 的简谐振子的能量值,的简谐振子的能量值,只能取只能
11、取E=hv的的整数倍整数倍.(E,2E,3E,nE)能量子能量子现在学习的是第16页,共35页 202 光电效应和爱因斯坦光子理论光电效应和爱因斯坦光子理论 光电效应光电效应(photoelectric effect):金属及其化合物在光照射下发射金属及其化合物在光照射下发射电子的现象电子的现象,从金属表面逸出的电子从金属表面逸出的电子,称为光电子称为光电子.一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律 KA光电管光电管光光GViis2is1I2I1(光强光强I2 I1)oUUa现在学习的是第17页,共35页1.饱和电流饱和电流 (saturation photocurrent)饱和电流饱和电
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- 第十八 量子 物理 基础
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