第二章量子物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

1、第二章 量子物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)2.1 引 言 微觀粒子與宏觀物體并不僅僅是尺度大小的區(qū)別，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及描述它們狀態(tài)的方式上都存在著質(zhì)的區(qū)別。經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)微觀粒子的波粒二象性經(jīng)典物理粒子和波粒是兩個(gè)概念2.2 經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和波 一、經(jīng)典物理中的粒子粒子被視為質(zhì)點(diǎn)其狀態(tài)有它的位矢和速度確定在慣性參考系中，其運(yùn)動(dòng)服從牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律確定的因果關(guān)系二、經(jīng)典物理中的波波的特征量是波長(zhǎng)和頻率波總是展開(kāi)在空間一定范圍內(nèi)，即非定域性滿足疊加原理，具有干涉和衍射等波特有的性質(zhì)平面簡(jiǎn)諧波波包相速：群速：固體在溫度升高時(shí)顏色的變化，白熾燈燈絲1400K800K1000K1200K室溫高溫吸收輻射

2、白底黑花瓷片熱輻射的特點(diǎn):(1)連續(xù);(2)溫度越高,輻射越強(qiáng);(3)頻譜分布隨溫度變化;(4)輻射本領(lǐng)越大，吸收本領(lǐng)也越大. Kirchhoff，1859年2.3 黑體輻射一、熱輻射熱輻射 : 由溫度決定的物體的電磁輻射。平衡熱輻射：輻射和吸收達(dá)到平衡時(shí)，物體的溫度不再變化?？傒椛浔绢I(lǐng)R(T ) ：(單色)輻射本領(lǐng)Rn(T ) ：在一定溫度T 下，單位時(shí)間從單位表面積黑體上輻射的頻率在n 附近單位頻率范圍內(nèi)的輻射能。 吸收本領(lǐng) :在頻率附近，單位頻率間隔內(nèi)被物體吸收的輻射能和照射在該物體的輻射能之比。二、Kirchhoff 定律，1859絕對(duì)黑體(黑體)：能夠全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射且不反射和

3、透射的物體。1859年基爾霍夫證明: 與同溫度其它物體的熱輻射相比，黑體熱輻射本領(lǐng)最強(qiáng)。 煤煙 約99%黑體模型黑體熱輻射溫度材料性質(zhì)黑體表面三、黑體輻射應(yīng)用: 現(xiàn)代廣泛應(yīng)用于高溫測(cè)量、遙感、紅外追蹤等。黑體輻射規(guī)律:1. 斯特藩(1879年) 玻耳茲曼定律(1884年)式中輻射本領(lǐng)與 T 4 成正比.2. 維恩位移定律(1893年)峰值波長(zhǎng) m 與溫度 T 成反比 0.5 1.0 1.5 2.01050R (10-7 W / m2 m) ( m)可見(jiàn)光5000K6000K3000K4000K由維恩位移定律，太陽(yáng)表面的溫度為輻射本領(lǐng)為測(cè)得太陽(yáng)光譜的峰值波長(zhǎng)在綠光區(qū)域，為 m = 0.47 m.

4、例太陽(yáng)不是黑體，所以按黑體計(jì)算出的 Ts 不是太陽(yáng)的實(shí)際溫度；R(T) 高于太陽(yáng)實(shí)際輻射本領(lǐng)。說(shuō)明Rl解估算太陽(yáng)的表面溫度和輻射本領(lǐng)。求四、Planck量子論1893年Wien利用熱力學(xué)和電磁學(xué)理論得到令方程變?yōu)?Wien公式Stefan-BoltzmannWien公式Wien位移定律維恩半經(jīng)驗(yàn)公式(1895年) 據(jù)熱力學(xué)和麥克斯韋分布率瑞利金斯公式(1900-1905年) 據(jù)電磁理論和能量均分定理R普朗克黑體輻射公式(1900年)普朗克常數(shù)： h = 6.626 075 5(40)10-34 Js 為從理論導(dǎo)出這一黑體輻射公式，普朗克提出了能量量子化 假設(shè)。WienRayleigh-JeansPlanck電磁波普朗克能量子假設(shè) 若諧振子頻率為 v ，則其能量是hv , 2hv, 3hv , , nhv , 首次提出微觀粒子的能量是量子化的，打破了經(jīng)典物理學(xué)中能量連續(xù)的觀念。腔壁上的原子(諧振子)能量與腔內(nèi)電磁場(chǎng)交換能量時(shí)，諧振子能量的變化是 hv (能量子) 的整數(shù)倍.說(shuō)明（絕望地、不惜任何代價(jià)地）打開(kāi)了人們認(rèn)識(shí)微觀世界的大門(mén),在物