11-1 黑体辐射 普朗克能量子假设

经典力学时空观狭义相对论时空观2221111uc光速是不变的第十章知识点回顾ttzzyyutxx伽利略变换'()xxtuyy'zz'2'()uttxc洛伦兹变换时间是绝对的0/LL0t202/1mmc220kEmcmcEΔt、L、m对所有惯性系都相同第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回1、物理学的发展过程物理学概述经典物理近代物理电磁学热学光学力学相对论（高速领域）量子论-量子力学（微观领域）第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回2、从经典物理学到近代物理学过渡遇到的重大问题经典力学热力学和统计物理学经典电磁理论19世纪末趋于完善开尔文：大厦基本完成。。。两朵乌云这两朵乌云开出近代物理的鲜花黑体辐射实验量子理论诞生迈克尔逊-莫雷实验相对论诞生第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回MaxPlanckNielsBohr第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回一、黑体辐射1.热辐射（一）黑体辐射的基本概念热辐射现象：任何物体在任何温度下，都要向外辐射电磁波。热平衡现象：辐射和吸收的能量相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。而辐射电磁波能量的多少，以及电磁波按波长的分布都与温度有关，故称为热辐射。第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回定义：如果一个物体在任何温度下，能全部吸收投射在它上面的各种波长的电磁波，而不反射与透射，则称这样的物体为绝对黑体，简称黑体。黑体模型2.黑体(1)黑体是理想模型。(2)对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的。说明第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回3.与热辐射有关的物理量00()()dMTMT总辐射本领单位时间内从温度为T的黑体的单位面积上、所辐射的各种波长范围内的电磁波的能量总和，称为总辐射本领，也叫辐射出射度，用符号表示。0()MT单色辐射本领单位时间内从温度为T的黑体的单位面积上、发出的波长在附近单位波长间隔所辐射的能量，称为单色辐射本领，简称单色辐出度，用符号表示。)(TM第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回测量黑体辐射出射度实验装置T1Ls会聚透镜2Lc空腔小孔平行光管棱镜热电偶(二)黑体辐射的实验规律第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回()MT00()()dMTMT辐射本领按波长的分布曲线实验结果第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回2.维恩位移定律bTmKm10898.23b峰值波长1.斯特藩—玻尔兹曼定律40()MTT428KmW10670.5为斯特藩-玻尔兹曼常量辐射本领按波长的分布曲线第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回紫外灾难其短波极限为无限大(高频部分，E)（三）经典物理的困难1、研究方向：理论上找到单色辐出度曲线的数学表达式。E瑞-金线维恩线实验结果2、维恩公式和瑞利－金斯公式：decdET/c231维恩：dkTcdE238瑞－金：第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回普朗克（MaxKarlErnstLudwigPlanck，1858–1947）德国理论物理学家，量子论的奠基人，1918年诺贝尔物理学奖的获得者.1900年12月14日他宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出能量量子化的假设，并导出黑体辐射能量分布公式.1905年爱因斯坦在能量量子化的启发下提出了光量子的假设,并成功解释了光电效应（1921年获诺贝尔物理学奖）.二、普朗克量子假设第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回普朗克既注意到维恩公式在长波(即低频）方面的不足，又注意到了瑞利－金斯在短波（即高频）方面的不足，为了找到一个符合黑体辐射的表达式，普朗克作了如下两条假设。1、普朗克假定（1900年）(1)黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐射电磁波，并和周围的电磁场交换能量。第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回(2)这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值，这些分立值是最小能量ε的整数倍，即ε,2ε，3ε，…，nε，n为正整数，称为能量子，h称为普朗克常数h=6.6260755×10-34J·s。而且假设频率为ν的谐振子的最小能量为：h),3,2,1(nnh带电谐振子吸收或发射能量为h1h2h3h4h5h6第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回2、普朗克公式能量不连续的概念是经典物理学完全不容许的。251()21hckTMThce当0，趋于维恩公式；当，趋于瑞利—金斯公式。但从这个假定出发，导出了与实验曲线极为符合的普朗克公式：第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回()MT普朗克公式的理论曲线实验值****************25/21()1hckTcMTe普朗克公式第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回3、普朗克假说意义普朗克抛弃了经典物理中的能量可连续变化的旧观点，提出了能量量子观点，认为物体辐射或吸收能量只能一份一份地按不连续的方式进行。而且开创物理学研究新局面，标志着人类对自然规律的认识已经从宏观领域进入微观领域，为量子力学的诞生奠定了基础。这不仅成功的解决了热辐射中的难题，第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回例11-1某物体辐射频率为的黄光，这种辐射的能量子的能量是多大？14Z6.010H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.解：根据普朗克能量子公式341419=6.63106.0104.010Jh第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回解：222211(2)22EmAmA例11-2设一音叉尖端的质量，其频率，振幅当音叉在空气中振动时由于摩擦效应振动逐渐消失.问观察到的能量减少是连续的还是不连续的?0.05kgm480Hz1.0mmA音叉尖端的振动机械能为23210.05(2480)(1.010)20.227(J)第十一章量子物理基础11-1黑体辐射普朗克量子假设下页上页帮助返回假定音叉振动能量是量子化的，则以的大小一份一份的消失，所以有Eh34316.63104803.1810(J)Eh313013.18101.40102.2710EE因此要观测到能量减少过程中的不连续性，精度要高于，这是不可能的，所以一般认为宏观物体的能量是连续的。301.4010