古典量子论精品课件

1、古典量子论第1页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二CSPM-4000型SPM第2页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二量 子 论古典量子论 （普朗克，玻尔，康普顿 ）量子力学 （德布罗意，薛定谔）相对论量子力学 （狄拉克）第3页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二第十五章 量子物理一、 热辐射1. 定义：任何一物体，在任何温度下都要向外辐射各种频率的电磁波，不同频率电磁波的幅射强度按频率的分布随温度不同。物体向四周辐射的能量称为辐射能。 151黑体辐射第4页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二小镇 （红外线航拍）第5页，

2、共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二人体热谱图第6页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二物理学家们很难找到足够有力的言语来表达量子论革命的深度和广度。第7页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二2.热辐射能谱热辐射能谱是连续谱。不同温度下，辐射强度随频率（或波长）分布的曲线是不相同的。每条曲线均有一个辐射强度的极大值，所对应的频率（波长）即为辐射时的颜色。第8页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二二、单色辐射强度1.单色辐射强度 （M ）：单位时间内从单位面积上所发射的频率在 附近单位频率间隔内的辐射能。反映了物体在不同温度下

3、辐射能按频率分布的情况。在相同温度下，表面不同的物体， M 的量值不同。第9页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二2.总辐射强度单位时间内从物体单位面积上发射的各种频率（波长）辐射的总辐射能。仍是单位时间单位面积第10页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二3.单色吸收比 （T）在 到 + d 区间物体吸收能量与入射能量之比。物体达到热平衡时，辐射和吸收速率相等。4.黑体 在任何温度下，对任何波长的电磁波都能完全吸 收的物体 （ ，T）=1 称为绝对黑体（简称黑体）。第11页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二5.黑体单色辐射强度曲线（1）黑

4、体模型：空腔的小孔。（ 1895年 德国物理学家维恩、卢梅尔）第12页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二（2）曲线特点：a . M （T）仅是 T 的函数，与黑体的材料性质无关。b. 黑体在温度T时的总辐射能量等于该温度分布曲线下的面积c. 每一条曲线都有一个极大值，随着T的升高， M （T）增加，且与强度极大值对应的 m（ m ）向高频（短波）方向移动。第13页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二三、黑体辐射基本定律1. 斯特藩 玻耳兹曼定律 （1879年 德）M（T）= T4斯特藩常量： = 5.16710-8 W m-2 K-4 缺点：仅反映了M（T

5、） T 的关系，没有反应 M （T） 的分布。 与制作黑体的材料无关第14页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二2. 维恩位移定律 （1893年 德 ） 在温度为T 的黑体辐射中，辐射强度曲线极值所对应的波长与温度的关系。T m = bb =2.897 10-3mK米开尔文也可化成频率与温度的关系（=c/)第15页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二3. 维恩辐射定律 （1896年）假设：黑体辐射是由服从麦克斯韦速率分布的分子发射出来的，辐射能谱分布与麦克斯韦速率分布相似。（获1911年诺贝尔物理学奖）问题：辐射定律在低频（长波）部分与实验值相差较大。经典理

6、论的困难：M曲线第16页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二4.瑞利金斯辐射定律 （1900 1905年）假设：黑体 空腔壁的分子或原子如同带电的谐振子，且每个谐振子的能量服从能均分定律，等于 kT。问题：定律的高频（短波）部分发散，与实验结果不符紫外灾难！ 假设有问题！第17页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二结论经典物理学失败！第18页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二四、普朗克的量子假设1. 普朗克的辐射公式 （1900年）Max PlankT0维恩公式T瑞利-金斯公式第19页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二

7、2. 量子论的诞生 （1900.12.14）假说A. 黑体的腔壁由无数带电的谐振子组成。这些振子不断地吸收和辐射电磁波，与腔内电磁场交换能量。B.这些振子的能量只能取分立的值，且与振动频率成正比。E = n n=1，2， =h 的整数倍第20页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二 = h EE0E1E2E3E4E5E6E7E8第21页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二 是谐振子的最小能量单位，称为“能量子”。当谐振子在这些能级之间跃迁时，就发射或吸收电磁波。所吸收或辐射的能量只能是 的整数倍，h 称为普朗克常数。h= 6.626 10-34J S3.量子论

8、的意义 量子论的诞生，把经典物理学中一切因果关系都是建立在“连续”基础上的物理学思想方法彻底改变了。第22页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二例1 根据维恩定律，如果实验测出黑体单色辐射强度的最大值所对应的波长 m, 就可以算出这一黑体的温度，太阳的表面温度就使用这一方法测定的。若将太阳视为黑体，从太阳光谱测得m = 490nm维恩位移定律第23页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二例2宇宙背景辐射 1964年，美国射电天文学家彭齐斯和威尔逊在研究从卫星上反射回来中，接到空间均匀分布的微波信号噪声，却不是天线或接收机本身的电噪声，称为宇宙背景辐射。 70年

9、代对这种辐射的能谱分布进行测量，发现强度峰值出现在1.0mm附近。而这个强度分布曲线恰好与黑体辐射在2.67K的能谱曲线符合 。这就证实了大爆炸宇宙论的预言，即由于初始的爆炸，在今日的宇宙中应残留温度约为2.7K 的热辐射。为此，彭齐亚和威尔逊同获1978年诺贝尔物理学奖。 第24页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二经典物理学领域中最后一个伟大的多面手瑞利 第25页，共27页，2022年，5月20日，6点46分，星期二1842年11月 生于英国埃塞克斯的一个贵族家庭 （瑞利男爵三世）1862年 进入剑桥大学三一学院学习1865年 大学毕业1868年 被选为三一研究院研究员1873年 被选为英国皇家学会会员1879 1884年 接任卡文迪许实验室第二任主任1908 1919年 任剑桥大学校长 1919年6月30日 在威特姆逝世，终年72岁1904年 获诺贝尔物理学奖1895年 发现化学元素氩第26页，共27页，2022年，5月20日，6点