大学物理量子力学初步01黑体辐射和普朗克假设.ppt
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1、1,量子论的发展,十九世纪末期,物理学各个分支的发展都已日臻完善,并不断取得新的成就。,由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现象进行的深入而系统的研究,为电动力学奠定了坚实的基础。特别是麦克斯韦的电磁场方程组预言了电磁波的存在,随即被赫兹的实验所证实。牛顿、惠更斯和菲涅耳建立光学,纳入电动力学,首先在牛顿力学基础上,哈密顿和拉格朗日等人建立起来的分析力学,通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯等人的努力,建立了热力学和统计力学.,2,当时许多著名的物理学家都认为物理学的基本规律都已被发现.当时赫赫有名权威人物开耳文勋爵在一篇于1900年发表的瞻望二十世纪物理学发展的文章中也说:“在已经基本建成的科学大厦
2、中,后辈物理学家只需要做一些零星的修补工作就行了”,不过他还不愧为一名确有远见卓识的物理学家,因为他接着又指出:“但是在物理晴朗天空的远处,还有两朵小小的令人不安的乌云”,即运用当时的物理学理论所无法正确解释的两个实验现象,(1)热辐射现象中的紫外灾难,(2)否定绝对时空观的迈克尔逊-莫雷实验,,3,这些内容统称为量子物理学。,事实上还有第三朵小小的乌云,这就是放射性现象的发现,它有力地表明了原子不是构成物质的基本单元,原子也是可以分割的。所有这些实验结果都是经典物理学无法解释的,它们使经典物理处于十分困难的境地.在二十世纪初期,建立起了近代物理的两大支柱-量子论和相对论,并在这个基础上又建立
3、起以研究原子的结构、性质及其运动规律为目的的原子物理学,后来又进一步发展,相继建立起原子核物理学和基本粒子物理学。,4,量子论的发展阶段,1990年 普朗克 量子假说 1905年 爱因斯坦 光量子假说 1913年 玻尔 原子理论,5,量子论的发展,1900年 普朗克(德国人)1918年获诺贝尔物理学奖 1900年12月14日 量子论的诞生日提出量子假说(能量不是连续的)解释黑体辐射谱分布 被称为量子论之父,6,量子论的发展,爱因斯坦1921年获诺贝尔物理学奖 光量子假说 成功解释了光电效应 康普顿X散射实验进一步验证了光量子假说。,7,光电效应,康普顿散射,8,量子论的发展,玻尔 丹麦1922
4、年获诺贝尔物理学奖 原子的结构模型 玻尔将量子推进到原子物理学中,提出了电子角动量的量子化条件和量子跃迁理论,提出互补原理卢瑟福散射实验 夫兰克赫兹(1914年)实验,9,卢瑟福散射实验是现代核物理学的基石,10,黑体辐射与普朗克的量子假说,描述热辐射的物理量,黑体和黑体辐射的基本规律,经典物理学所遇到的困难,普朗克的能量子假说和黑体热辐射公式,量子假说的含义及其与宏观现象的关系,11,分子(含有带电粒子)的热运动使物体辐射电磁波。这种与温度有关的辐射称为热辐射(heat radiation)。,热辐射的电磁波能量对频率有一个分布。频率分布跟温度有关,例如加热铁块,随着温度的升高:开始不发光,
5、黑体辐射,12,温度为T 时,单位时间内从物体单位表面发出的 频率 在 附近单位频率区间内的电磁波的能量,称为光谱辐出度M(T),1.光谱辐(射)出(射)度,M单位-W/(m2Hz),dE 温度为T 时,单位时间内从物体单位表面发出的频率在+d 间隔内的电磁波的能量。,M(T)描述热辐射能量按频率的分布。,一.描述热辐射的物理量,13,M 的单位为W/m2,3.光谱吸收比,以上这些物理量均与物体种类及其表面情况有关。,(T)温度为T 时,(单位时间内)入射到物体(单位表面)的,频率在+d 间隔内的电磁波的能量被物体吸收的百分比。,2.总辐出度,14,此时物体具有固定的温度。,我们下面只讨论平衡
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