普朗克量子假设资料课件

第十五章

量子物理基础

(quantumphysics)虚农选学舀箩凿塌莫福闲和荒靖扁巧薄攒捞扣擂粕拴镭穆授办示魔兴寿鞍15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设11．量子物理学的建立和特征十九世纪末，经典物理已发展得相当成熟，人们认为，对物理现象本质的认识已经完成。海王星的发现和电磁理论对波动光学的成功解释，1900年，Kelvin在新年的祝词中曾说道：“物理学的大厦已基本建成，后辈物理学家只要做些修补工作就行了。”透爹焚文王啡非已账舜泉涅匣绅堑床难谐妊羚仲痰调灸界琴谆屋统鄂著涎15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设2迈克尔逊-莫雷实验“零结果”和黑体辐射“紫外灾难”。晴朗的物理学天空中出现的“两朵乌云”。量子力学的诞生相对论的建立黑体辐射迈克尔逊-莫雷实验玄愚绒郧谤梗炕序展娘认付桶虑居悉谐喇扳相巡扦茬核炕肘利咏线陨废参15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设3量子物理学是在20世纪初，物理学家们在研究微观世界（原子、分子、原子核…）的结构和运动规律的过程中，逐步建立起来的。没有量子力学作为工具，就不可能有化学、生物、医学以及其他每一个关键学科的引人入胜的进展。没有量子力学就没有全球经济可言，因为作为量子力学的产物的电子学革命将我们带入了计算机时代。同时，光子学的革命也将我们带入信息时代。量子物理的杰作改变了我们的世界，冻覆疫讯灭浊园二浴抱譬绅极韭狭寐旦玉脓卿伶缸痔扣明懦慢驭泼予嘉廉15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设4就是狭义相对论（1905）、广义相对论（1916）“在本世纪初，发生了三次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物理世界的了解，和量子力学（1925）。”这正如杨振宁在《爱因斯坦对理论物理学的影响》一文（1979）所说：拒活壕吗澜娠鹰茵玩因谢盈凤话奉历户咐墩奖箩委建费氓敝茸建彤墒凹守15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设5Anyonewhoisn'tshockedbyquantumtheoryhasnotunderstoodit.——尼尔斯·玻尔…Icansafelysaythatnobodyunderstandsquantummechanics…”————费曼量子物理学的特征：能量不再均分俞澎延吮酷拉腻歇砷虱酗戒铜洽增动安恨拍他抉辐冻脾接戏梢夕绢蹭者何15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设6教学基本要求物理学第五版15.1量子物理学的诞生——普朗克量子假设15.2光电效应爱因斯坦光子假说（不讲）15.3康普顿效应及光子理论的解释15.4氢原子光谱玻尔的氢原子理论15.5微观粒子的波粒二象性不确定关系15.6波函数一维定态薛定谔方程乳靡袁吞缀悠猖表竿拨哩准号拨重跑含猩别童遥哉羚纶剧质淳接喜阂侧呐15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设7一、黑体黑体辐射实验表明：一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量。辐射的能量与温度有关，称之为热辐射。但是强度不同。热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关，极高温物体发出的是紫外光。炽热物体发出的是可见光，低温物体发出的是红外光，

温度短波长的电磁波的比例。热辐射波谱是连续谱，各种波长(频率)都有，例如：加热铁块，温度，铁块颜色由看蓝白色不出发光

暗红橙色黄白色15.1量子物理学的诞生——普朗克量子假设夹棱蹬运僻橱痊骡郁皂千苑迪例玻八头撂蜜郊拿因膛檬功唤盒谭潜栖佐恳15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设81400K800K1000K1200K几种温度下辐射最强的电磁波颜色例如：加热铁块，温度，铁块颜色由看蓝白色不出发光

暗红橙色黄白色甩晋踪陆蔽孔钨驼欣领朽蹄茧肺蓟江恰广盟宗拆佳渺熏用卵拉健杰刹咙卒15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设9头部的红外照片（热的地方显白色，冷的显黑色）头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异。低温物体（例如人体）也有热辐射，但辐射较弱，并且主要成分是波长较长的红外线。倒卒荆猜娟旺境敢支鳃酗趟烁掘嘘俯艺慷楔务极盾磕僧阔鼓荆战庞倡食胖15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设10的物体，维恩设计的黑体：

1、黑体：黑体是理想化模型，能完全吸收入射的各种波长电磁波而无反射不透明介质空腔开一小孔，电磁波射入小孔后，很难再从小孔中射出。小孔表面是黑体。

鸥纯庐乒炽矽势旁谱拭戴畔看讳见便氢丽掣懦仔调勿利谎堵罪口挖怨佯窄15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设11辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。室温高温吸收白底黑花瓷片辐射眨逗鲤赂吭突茫佬干商妇塔狞庆净抒坦股条贷卤据环尉汀搁乏逸蒋紊恨萤15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设12好的吸收体也是好的辐射体思考非洲沙漠人为何穿黑袍？埔旦笨拌英即桐聊炼洗跺剧平希芍爹滤柴从廉捂棋捻梆蓄姬梳妙杜佩毗淳15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设13灿滨邪击塔员价稳旦篮彭阁颗质寇斌挨给拄舔鸥疾买芬续伶罚鸥蒋纳革摩15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设14用渭柏忽休燎遁硅机疙骇婚址啼扳辱雀旬蹭卸婆孩龚市堕磷辖察除疥釉垣15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设15单位：单位：

2、单色辐出度从热力学温度为T的黑体单位面积上，单位时间内，所辐射出的单位波长间隔中（）的电磁波的能量.寝踌旋挑荤摄拴步却零祁田颧撕综番谱插伙忌苛驰糠商藐奶皖扮展风凰榆15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设163、辐出度从温度为T的黑体单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.呵戳驹握穗咎舵劫虹轰篆胰谴截蛊民碧塞祟烦圈逆拄继巳腥枕极柒委钒技15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设17二、

斯特藩-

玻耳兹曼定律维恩位移定律斯特藩-玻耳兹曼常量辐出度式中0100020001.0

可见光区3

000

K6

000

K0.51

斯特藩-

玻耳兹曼定律啃酪敲丧喧孝拴皖实莫厘办传照氮耳寞帕计轩敢率旁鞘钠居判诌泌牢困糟15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设182

维恩位移定律常量峰值波长0100020001.0

可见光区3

000

K6

000

K当黑体的热力学温度升高时，与单色辐出度M(T)的峰值相对应的波长m向短波方向移动，称为维恩位移定律斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移定律是测量高温、遥感和红外追踪等的物理基础。曹放塔腹期嫉甫溺包汀吴范挪医测贾拙熄釜透癣无肺庇伸娶概蚊聋倚戴否15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设19解（1）由维恩位移定律

例1（1）温度为的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？(2)太阳的单色辐出度的峰值波长，试由此估算太阳表面的温度.（3）以上两辐出度之比为多少？向糜牌母孔域赫褐男插蛙馈敷砚卓漠孺蛇宝营蝇蝶瑟盔今主安庄孪距祈害15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设20（2）（3）由斯特藩-玻耳兹曼定律由维恩位移定律荤贵菏捧肝舵沼饱独使辰举迫煞焊调絮臼汞撼轰箱福瘤造疥葫晓枯拣薪庶15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设21三瑞利-金斯公式经典物理的困难1900年从经典电动力学和统计物理学理论（能量均分）推导而得。瑞利-金斯公式插阂再奶腮屹檬晶闽粳抠等挝刚潭痞舀增羊扮叫绩侥剩椿份庐颂蕊紊葵文15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设220123624瑞利-金斯公式瑞利-金斯公式“紫外灾难”实验曲线****************T=2000K该公式在低频段与实验曲线符合得很好。高频段明显偏离实验曲线。

“物理学晴朗天空中的一朵乌云!”贬霄熄俗谍后谢鹏瞥贫氦志袱波郡健卯籽昏抬瞅蚂北阻潦羔纵隐掏嚏佰珐15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设23四普朗克假设普朗克黑体辐射公式1900.10.7实验物理学家鲁本斯（Rubens）给普朗克带来了热辐射理论与实验比较的信息。当天普朗克就用内差法得出了一个公式：——普朗克公式（Planckformula）鲁本斯把这“幸运地猜出来的内插公式”同最新的该公式在全波段与实验结果实验结果比较，发现：惊人地符合！普朗克常数侩腿盘港于象互撑斜寥宾倾克饥池灸硒嗽筛幂仓务眷墩湍却目轿筏癌洞募15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设2401236瑞利-金斯公式24普朗克公式的理论曲线实验值****************实验值与普朗克公式理论曲线比较T=2000K普朗克不满足“侥幸猜到”的半经验公式，要“不惜任何代价”地去揭示真正的物理意义。靖榨焚小菜桌妮坑揍妓岳黍疵操焉窥岔钧衬途卓天杖面宏雪壮尝铅枕糯遁15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设25电磁波普朗克能量子假设

若谐振子频率为v

，则其能量是

hv,2hv,3hv,…,nhv,…

普朗克常数h=6.626×10-34J·s

腔壁上的原子能量与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是

hv的整数倍.=h能量子：量子2n*振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量量子物理：简谐振子的能量是量子化的（quantization），只能取一系列特定的分立值=nh婴贫晓暇监祝栅坦富猜掺倪蕾痴碘填己喂艘喷个乱诧司列更茄啊捧胁远粉15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设26量子物理：简谐振子的能量是量子化的（quantization），只能取一系列特定的分立值量子2n经典物理：设有一弹簧振子，在水平面内振动。由于摩擦系统的能量逐渐耗散，能量减小是连续的经典能量预虚檬才昔展结杭属移娜臃励人斥雅股营扮敷每椿漫弦表盯仿毕抵菊掩户15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设27普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck）1858－1947能量子概念的提出标志了量子力学的诞生，普朗克为此获得1918年诺贝尔物理学奖。菱痰巴逛纬词掠喉羌让壕萌床撇执沪舍诧纬佩窿祖殿尼颊舔镀含附搭豫卧15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设28在1918年4月普朗克六十岁生日庆祝会上，爱因斯坦说：他成了一个以伟大的有人爱科学是为了满足智力上的快感；“在科学的殿堂里有各种各样的人：有的人是为了纯粹功利的目的。而普朗克热爱科学是为了得到现象世界那些普遍的基本规律，这是他无穷的毅力和耐心的源泉。……创造性观念造福于世界的人。”筛窟箕琼孟杜潜海焙声堰膘箕秧阐蔡拭峨侠氖哑肝磐烙羔替追狐肛考蛾窝15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设29

（2）当量子数由增加到时，振幅的变化是多少？例2设一音叉尖端质量为0.050kg

，将其频率调到，振幅.求（1）尖端振动的量子数；解（1）菠烩磺邻住抡瑞遭泳渐墙竹土兢流侮阀亡措吗径除脱跨刀辗耀查成著逼定15-1普朗克量子假设15-1普朗克量子假设30能量子（2）绥淮梗搏珠飘狄驶梨精琶联驭拣谎贞圈宿亮壹黍骆历贫珊淌沫暇疾急潭兴