古典量子論精品課件

1、古典量子論第1頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二CSPM-4000型SPM第2頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二量 子 論古典量子論 （普朗克，玻爾，康普頓 ）量子力學(xué) （德布羅意，薛定諤）相對(duì)論量子力學(xué) （狄拉克）第3頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二第十五章 量子物理一、 熱輻射1. 定義：任何一物體，在任何溫度下都要向外輻射各種頻率的電磁波，不同頻率電磁波的幅射強(qiáng)度按頻率的分布隨溫度不同。物體向四周輻射的能量稱(chēng)為輻射能。 151黑體輻射第4頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二小鎮(zhèn) （紅外線(xiàn)航拍）第5頁(yè)，

2、共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二人體熱譜圖第6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二物理學(xué)家們很難找到足夠有力的言語(yǔ)來(lái)表達(dá)量子論革命的深度和廣度。第7頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二2.熱輻射能譜熱輻射能譜是連續(xù)譜。不同溫度下，輻射強(qiáng)度隨頻率（或波長(zhǎng)）分布的曲線(xiàn)是不相同的。每條曲線(xiàn)均有一個(gè)輻射強(qiáng)度的極大值，所對(duì)應(yīng)的頻率（波長(zhǎng)）即為輻射時(shí)的顏色。第8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二二、單色輻射強(qiáng)度1.單色輻射強(qiáng)度 （M ）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從單位面積上所發(fā)射的頻率在 附近單位頻率間隔內(nèi)的輻射能。反映了物體在不同溫度下

3、輻射能按頻率分布的情況。在相同溫度下，表面不同的物體， M 的量值不同。第9頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二2.總輻射強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上發(fā)射的各種頻率（波長(zhǎng)）輻射的總輻射能。仍是單位時(shí)間單位面積第10頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二3.單色吸收比 （T）在 到 + d 區(qū)間物體吸收能量與入射能量之比。物體達(dá)到熱平衡時(shí)，輻射和吸收速率相等。4.黑體 在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波都能完全吸 收的物體 （ ，T）=1 稱(chēng)為絕對(duì)黑體（簡(jiǎn)稱(chēng)黑體）。第11頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二5.黑體單色輻射強(qiáng)度曲線(xiàn)（1）黑

4、體模型：空腔的小孔。（ 1895年 德國(guó)物理學(xué)家維恩、盧梅爾）第12頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二（2）曲線(xiàn)特點(diǎn)：a . M （T）僅是 T 的函數(shù)，與黑體的材料性質(zhì)無(wú)關(guān)。b. 黑體在溫度T時(shí)的總輻射能量等于該溫度分布曲線(xiàn)下的面積c. 每一條曲線(xiàn)都有一個(gè)極大值，隨著T的升高， M （T）增加，且與強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的 m（ m ）向高頻（短波）方向移動(dòng)。第13頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二三、黑體輻射基本定律1. 斯特藩 玻耳茲曼定律 （1879年 德）M（T）= T4斯特藩常量： = 5.16710-8 W m-2 K-4 缺點(diǎn)：僅反映了M（T

5、） T 的關(guān)系，沒(méi)有反應(yīng) M （T） 的分布。 與制作黑體的材料無(wú)關(guān)第14頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二2. 維恩位移定律 （1893年 德 ） 在溫度為T(mén) 的黑體輻射中，輻射強(qiáng)度曲線(xiàn)極值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系。T m = bb =2.897 10-3mK米開(kāi)爾文也可化成頻率與溫度的關(guān)系（=c/)第15頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二3. 維恩輻射定律 （1896年）假設(shè)：黑體輻射是由服從麥克斯韋速率分布的分子發(fā)射出來(lái)的，輻射能譜分布與麥克斯韋速率分布相似。（獲1911年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）問(wèn)題：輻射定律在低頻（長(zhǎng)波）部分與實(shí)驗(yàn)值相差較大。經(jīng)典理

6、論的困難：M曲線(xiàn)第16頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二4.瑞利金斯輻射定律 （1900 1905年）假設(shè)：黑體 空腔壁的分子或原子如同帶電的諧振子，且每個(gè)諧振子的能量服從能均分定律，等于 kT。問(wèn)題：定律的高頻（短波）部分發(fā)散，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符紫外災(zāi)難！ 假設(shè)有問(wèn)題！第17頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二結(jié)論經(jīng)典物理學(xué)失?。〉?8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二四、普朗克的量子假設(shè)1. 普朗克的輻射公式 （1900年）Max PlankT0維恩公式T瑞利-金斯公式第19頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二

7、2. 量子論的誕生 （1900.12.14）假說(shuō)A. 黑體的腔壁由無(wú)數(shù)帶電的諧振子組成。這些振子不斷地吸收和輻射電磁波，與腔內(nèi)電磁場(chǎng)交換能量。B.這些振子的能量只能取分立的值，且與振動(dòng)頻率成正比。E = n n=1，2， =h 的整數(shù)倍第20頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二 = h EE0E1E2E3E4E5E6E7E8第21頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二 是諧振子的最小能量單位，稱(chēng)為“能量子”。當(dāng)諧振子在這些能級(jí)之間躍遷時(shí)，就發(fā)射或吸收電磁波。所吸收或輻射的能量只能是 的整數(shù)倍，h 稱(chēng)為普朗克常數(shù)。h= 6.626 10-34J S3.量子論

8、的意義 量子論的誕生，把經(jīng)典物理學(xué)中一切因果關(guān)系都是建立在“連續(xù)”基礎(chǔ)上的物理學(xué)思想方法徹底改變了。第22頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二例1 根據(jù)維恩定律，如果實(shí)驗(yàn)測(cè)出黑體單色輻射強(qiáng)度的最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) m, 就可以算出這一黑體的溫度，太陽(yáng)的表面溫度就使用這一方法測(cè)定的。若將太陽(yáng)視為黑體，從太陽(yáng)光譜測(cè)得m = 490nm維恩位移定律第23頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二例2宇宙背景輻射 1964年，美國(guó)射電天文學(xué)家彭齊斯和威爾遜在研究從衛(wèi)星上反射回來(lái)中，接到空間均勻分布的微波信號(hào)噪聲，卻不是天線(xiàn)或接收機(jī)本身的電噪聲，稱(chēng)為宇宙背景輻射。 70年

9、代對(duì)這種輻射的能譜分布進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度峰值出現(xiàn)在1.0mm附近。而這個(gè)強(qiáng)度分布曲線(xiàn)恰好與黑體輻射在2.67K的能譜曲線(xiàn)符合 。這就證實(shí)了大爆炸宇宙論的預(yù)言，即由于初始的爆炸，在今日的宇宙中應(yīng)殘留溫度約為2.7K 的熱輻射。為此，彭齊亞和威爾遜同獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 第24頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二經(jīng)典物理學(xué)領(lǐng)域中最后一個(gè)偉大的多面手瑞利 第25頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)46分，星期二1842年11月 生于英國(guó)埃塞克斯的一個(gè)貴族家庭 （瑞利男爵三世）1862年 進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院學(xué)習(xí)1865年 大學(xué)畢業(yè)1868年 被選為三一研究院研究員1873年 被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員1879 1884年 接任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室第二任主任1908 1919年 任劍橋大學(xué)校長(zhǎng) 1919年6月30日 在威特姆逝世，終年72歲1904年 獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1895年 發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素氬第26頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)