-黑体辐射普朗克量子假设

1、1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础1 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出的，距今已年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史有一百多年的历史. . 其间，经过爱因斯坦、玻尔、德其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到大师的创新努力，到2020世纪世纪3030年代就建立了一套完整年代就建立了一套完整的量子力学理论的量子力学理论. .量子力学量子力学宏观领域宏观领域经典力学经典力学现代物理的理论基础现代物

2、理的理论基础量子力学量子力学相相 对对 论论量子力学量子力学微观世界的理论微观世界的理论起源于对波粒二象性的认识起源于对波粒二象性的认识1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础2一、热辐射一、热辐射 绝对黑体辐射定律绝对黑体辐射定律 热辐射热辐射 任何物体在任何温度下，都向外发射波任何物体在任何温度下，都向外发射波长不同的电磁波长不同的电磁波. .在不同的温度下发出的各种电磁波在不同的温度下发出的各种电磁波的能量按波长的分布不同的能量按波长的分布不同. .这种能量按波长的分布随这种能量按波长的分布随温度而不同的电磁辐射叫做温度

3、而不同的电磁辐射叫做热辐射热辐射. . 实验证明热辐射具有如下规律实验证明热辐射具有如下规律: :（1 1）辐射能量按频率的分布随温度而不同辐射能量按频率的分布随温度而不同. . （2）不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能力不同的能力不同; 同一物体在某一频率范围发射越强同一物体在某一频率范围发射越强, 吸吸收也越强收也越强.1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础3实验表明：实验表明：辐射本领越大的物体，吸收本领也越大辐射本领越大的物体，吸收本领也越大. . 黑体黑体 能全部吸收投射在

4、它上面的各种波长的电能全部吸收投射在它上面的各种波长的电磁波的物体称为黑体磁波的物体称为黑体. .（黑体是理想模型）（黑体是理想模型）1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础4 单色辐射本领（单色辐出度）单色辐射本领（单色辐出度） 单位时间内从物单位时间内从物体的单位面积上发出的波长在体的单位面积上发出的波长在 附近单位波长间隔附近单位波长间隔所辐射的能量所辐射的能量.单色辐射本领单色辐射本领 单位：单位：)(TM3W/m1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基

5、础5T1Ls 会聚透镜会聚透镜2Lc空腔空腔小孔小孔平行光管平行光管棱镜棱镜热电偶热电偶测量黑体辐射出射度实验装置测量黑体辐射出射度实验装置1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础61.1.斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律40( )( )dBBMTMTT428KmW10670. 5斯忒藩常数斯忒藩常数2.2.维恩位移定律维恩位移定律mTbKm10898. 23b维恩常数维恩常数峰值波长峰值波长辐射本领按波长的分布曲线辐射本领按波长的分布曲线 1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章

6、 量子物理基础量子物理基础7例例16.1在地球大气层外的飞船上，测得太阳辐射本在地球大气层外的飞船上，测得太阳辐射本领的峰值在领的峰值在465 nm处处. .假定太阳是一个黑体，试计算假定太阳是一个黑体，试计算太阳表面的温度和单位面积辐射的功率太阳表面的温度和单位面积辐射的功率. .解：根据维恩位移定律解：根据维恩位移定律mTb可得太阳表面的温度为可得太阳表面的温度为392.898 106232465 10mbTK根据斯忒藩根据斯忒藩玻耳兹曼定律，太阳单位面积所辐射的玻耳兹曼定律，太阳单位面积所辐射的功率为功率为484725.67 10(6232)8.552 10/MTW m1 16 61 1

7、 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础8瑞利瑞利金斯公式金斯公式 经典物理的困难经典物理的困难E E 瑞瑞- -金线金线维恩线维恩线实验结果实验结果kTcTMB42)(dkTcdE238紫外灾难紫外灾难其短波极限为无限大其短波极限为无限大(0，E)1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础9二、普朗克量子假设二、普朗克量子假设34(6.62560.0005) 10J sh普朗克常数普朗克常数 能量子能量子h 普朗克假设：普朗克假设：黑体由带电谐振子组成；这些谐振黑体由带电谐振子

8、组成；这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能量立值是最小能量的整数倍的整数倍. .h1h2h3h4h5h625/1( )2e1BhckTMThc普朗克公式普朗克公式), 3 , 2 , 1(nnh 带电谐振子吸收或发射能量为带电谐振子吸收或发射能量为 1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础10例例16.2某物体辐射频率为某物体辐射频率为 的黄光，的黄光，这种辐射的能量子的能量是多大？这种辐射的能量子的能量是多大？146.0 10 HZ此能量就是辐射体在

9、辐射或吸收黄光过程中最小此能量就是辐射体在辐射或吸收黄光过程中最小的能量单元的能量单元. .解解：根据普朗克能量子公式：根据普朗克能量子公式341419=6.63 106.0 104.0 10Jh1 16 61 1 黑体辐射黑体辐射 普朗克量子假设普朗克量子假设第第1616章章 量子物理基础量子物理基础11 普朗克普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858 1947） 德国理论物理德国理论物理学家，量子论的奠基人，学家，量子论的奠基人，1918年年诺贝尔物理学奖的获得者诺贝尔物理学奖的获得者.1900年年12月月14日他宣读了以关于正常日他宣读了以关于正常光谱中能量分布定律的理论为光谱中能量分