量子論和量子力學(xué)基礎(chǔ)課件

第十八章

量子論和量子力學(xué)基礎(chǔ)第十八章量子論和1任何固體或液體在任何溫度下都向外輻射電磁波，輻射的能量稱為輻射能。1400K物體輻射總能量及能量按波長(zhǎng)分布都決定于溫度的輻射稱為熱輻射。800K1000K1200K固體在溫度升高時(shí)顏色的變化18-1熱輻射普朗克的量子假設(shè)一、熱輻射輻射能與輻射體的溫度和波長(zhǎng)有關(guān)。任何固體或液體在任何溫度下都向外輻射1400K物體輻射總能量2二、基爾霍夫輻射定律引入描述輻射的相關(guān)物理量1、單色輻出度單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的波長(zhǎng)在附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射能。波長(zhǎng)在內(nèi)的輻射能描述物體在不同溫度下輻射能按波長(zhǎng)分布的情況。與輻射體溫度及輻射波長(zhǎng)有關(guān)單位：二、基爾霍夫輻射定律引入描述輻射的相關(guān)物理量1、單色輻出度單3單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的各種波長(zhǎng)的總輻射能。（單位面積輻射功率）

2、輻出度3、單色吸收比和單色反射比

吸收比吸收能量入射總能量=反射比反射能量入射總能量=單色吸收比：物體的吸收比、反射比與溫度和波長(zhǎng)有關(guān)單色反射比：λλdλ+范圍內(nèi)的吸收比λλdλ+范圍內(nèi)的反射比單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的各2、輻出度3、單色44、絕對(duì)黑體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射能的吸收比都等于1的物體。絕對(duì)黑體：絕對(duì)黑體模型4、絕對(duì)黑體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射能的絕對(duì)黑體：絕對(duì)55、基爾霍夫輻射定律1860基爾霍夫（年）發(fā)現(xiàn)，所有物體（包括絕對(duì)黑體）在同樣溫度下，單色輻出度與單色吸收比的比值都相等，為一常量。它等于該溫度下絕對(duì)黑體的單色輻出度。aM11lalMTT()(,)==B恒量=22llTT()(,)aMllTT()(,)B=...對(duì)于黑體所以BlT(,)a=1aMllTT()(,)=MlT()B5、基爾霍夫輻射定律1860基爾霍夫（年）發(fā)現(xiàn)，6基爾霍夫輻射定律表明：（1）各物體單色輻出度和吸收比之比為一常量，吸收本領(lǐng)大的物體也是輻射本領(lǐng)大的物體?；鶢柣舴蜉椛涠桑喝魏挝矬w的單色輻出度和單色吸收比之比，等于同一溫度絕對(duì)黑體的單色輻出度。（2）絕對(duì)黑體是完全的吸收體，因而是理想的輻射體。aMllTT()(,)=MlT()B（3）任何物體的熱輻射性質(zhì)都與絕對(duì)黑體的單色輻出度有關(guān)。基爾霍夫輻射定律表明：（1）各物體單色輻出度和吸收比之比為一7三、黑體的輻射定律熱電偶平行光管絕對(duì)黑體實(shí)驗(yàn)裝置T三棱鏡

用實(shí)驗(yàn)研究黑體在不同溫度下單色輻出度按波長(zhǎng)分布

1、黑體輻射實(shí)驗(yàn)和黑體輻射實(shí)驗(yàn)定律三、黑體的輻射定律熱電偶平行光管絕對(duì)黑體實(shí)驗(yàn)裝置T三棱8黑體的單色輻出度按波長(zhǎng)分布的實(shí)驗(yàn)曲線0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K（1）每一條曲線表示在一個(gè)溫度下黑體的單色輻出度隨波長(zhǎng)變化的情況。（2）曲線下的面積等于黑體在該溫度下的輻射出射度黑體的單色輻出度按波長(zhǎng)分布的實(shí)驗(yàn)曲線0190123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K黑體輻射實(shí)驗(yàn)定律（1）斯忒藩（Stefan)——玻爾茲曼定律（2）維恩（Wien)位移定律01210黑體的輻出度與熱力學(xué)溫度的四次方成正比當(dāng)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻出度最大值向短波方向移動(dòng)。例子：低溫火爐輻射能集中在紅光。高溫物體輻射能集中在藍(lán)、綠色。應(yīng)用：光測(cè)高溫計(jì)，測(cè)量發(fā)電廠爐內(nèi)溫度。（2）維恩（Wien)位移定律（1）斯忒藩（Stefan)——玻爾茲曼定律黑體的輻出度與熱力學(xué)溫度的四次方成正比當(dāng)黑體的溫度升高時(shí)，單11[例]視太陽(yáng)為半徑的黑體，在地球表面接收到太陽(yáng)輻射的能流密度為，地球與太陽(yáng)的距離為。求太陽(yáng)表面的溫度。[解]太陽(yáng)每秒鐘輻射的能量：太陽(yáng)輻出度：[例]視太陽(yáng)為半徑的黑體12BCTMCeTllll(,)=-253)BMfTll=(,?瑞利--金斯公式維恩公式BhckTMhceTlllpl(,)=--2521問題：如何從理論上找到符合實(shí)驗(yàn)的函數(shù)式2、黑體輻射實(shí)驗(yàn)定律的經(jīng)典理論BCTMCeTllll(,)=-253)BMfTll=(,?13oλ(μm)123568947MBλ維恩實(shí)驗(yàn)值瑞利--金斯紫外災(zāi)難oλ(μm)1235614問題：如何從理論上尋找符合實(shí)驗(yàn)曲線的函數(shù)式普朗克量子假說(shuō)（1）輻射物質(zhì)中具有帶電的線性諧振子，它和周圍電磁場(chǎng)交換能量。3、普朗克的量子假說(shuō)普郎克公式)BMfTll=(,?（2）這些諧振子只能處于某些特殊的分立狀態(tài)，在這些狀態(tài)中相應(yīng)的能量值是不連續(xù)的，它們只能為某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：

問題：如何從理論上尋找符合實(shí)驗(yàn)曲線的函普朗克量子假說(shuō)15en=hh稱為普朗克常數(shù)（4）振子在輻射或吸收能量時(shí)，從一個(gè)狀態(tài)躍遷到另一個(gè)狀態(tài)。（3）頻率為ν的諧振子（能量子）最小能量6-=346310hJs..在量子假說(shuō)基礎(chǔ)上，普朗克得到了黑體輻射公式：BhckTMhcetllpl(,)=--25121——普朗克公式,它和實(shí)驗(yàn)符合得很好。en=hh稱為普朗克常數(shù)（4）振子在輻射或吸收能量時(shí)，從一16oλ(μm)123568947MBλ普朗克實(shí)驗(yàn)值oλ(μm)1235617

第十八章

量子論和量子力學(xué)基礎(chǔ)第十八章量子論和18任何固體或液體在任何溫度下都向外輻射電磁波，輻射的能量稱為輻射能。1400K物體輻射總能量及能量按波長(zhǎng)分布都決定于溫度的輻射稱為熱輻射。800K1000K1200K固體在溫度升高時(shí)顏色的變化18-1熱輻射普朗克的量子假設(shè)一、熱輻射輻射能與輻射體的溫度和波長(zhǎng)有關(guān)。任何固體或液體在任何溫度下都向外輻射1400K物體輻射總能量19二、基爾霍夫輻射定律引入描述輻射的相關(guān)物理量1、單色輻出度單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的波長(zhǎng)在附近單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)的輻射能。波長(zhǎng)在內(nèi)的輻射能描述物體在不同溫度下輻射能按波長(zhǎng)分布的情況。與輻射體溫度及輻射波長(zhǎng)有關(guān)單位：二、基爾霍夫輻射定律引入描述輻射的相關(guān)物理量1、單色輻出度單20單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的各種波長(zhǎng)的總輻射能。（單位面積輻射功率）

2、輻出度3、單色吸收比和單色反射比

吸收比吸收能量入射總能量=反射比反射能量入射總能量=單色吸收比：物體的吸收比、反射比與溫度和波長(zhǎng)有關(guān)單色反射比：λλdλ+范圍內(nèi)的吸收比λλdλ+范圍內(nèi)的反射比單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的各2、輻出度3、單色214、絕對(duì)黑體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射能的吸收比都等于1的物體。絕對(duì)黑體：絕對(duì)黑體模型4、絕對(duì)黑體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射能的絕對(duì)黑體：絕對(duì)225、基爾霍夫輻射定律1860基爾霍夫（年）發(fā)現(xiàn)，所有物體（包括絕對(duì)黑體）在同樣溫度下，單色輻出度與單色吸收比的比值都相等，為一常量。它等于該溫度下絕對(duì)黑體的單色輻出度。aM11lalMTT()(,)==B恒量=22llTT()(,)aMllTT()(,)B=...對(duì)于黑體所以BlT(,)a=1aMllTT()(,)=MlT()B5、基爾霍夫輻射定律1860基爾霍夫（年）發(fā)現(xiàn)，23基爾霍夫輻射定律表明：（1）各物體單色輻出度和吸收比之比為一常量，吸收本領(lǐng)大的物體也是輻射本領(lǐng)大的物體?；鶢柣舴蜉椛涠桑喝魏挝矬w的單色輻出度和單色吸收比之比，等于同一溫度絕對(duì)黑體的單色輻出度。（2）絕對(duì)黑體是完全的吸收體，因而是理想的輻射體。aMllTT()(,)=MlT()B（3）任何物體的熱輻射性質(zhì)都與絕對(duì)黑體的單色輻出度有關(guān)。基爾霍夫輻射定律表明：（1）各物體單色輻出度和吸收比之比為一24三、黑體的輻射定律熱電偶平行光管絕對(duì)黑體實(shí)驗(yàn)裝置T三棱鏡

用實(shí)驗(yàn)研究黑體在不同溫度下單色輻出度按波長(zhǎng)分布

1、黑體輻射實(shí)驗(yàn)和黑體輻射實(shí)驗(yàn)定律三、黑體的輻射定律熱電偶平行光管絕對(duì)黑體實(shí)驗(yàn)裝置T三棱25黑體的單色輻出度按波長(zhǎng)分布的實(shí)驗(yàn)曲線0123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K（1）每一條曲線表示在一個(gè)溫度下黑體的單色輻出度隨波長(zhǎng)變化的情況。（2）曲線下的面積等于黑體在該溫度下的輻射出射度黑體的單色輻出度按波長(zhǎng)分布的實(shí)驗(yàn)曲線01260123456λ(μm)1700K1500K1300K1100K黑體輻射實(shí)驗(yàn)定律（1）斯忒藩（Stefan)——玻爾茲曼定律（2）維恩（Wien)位移定律01227黑體的輻出度與熱力學(xué)溫度的四次方成正比當(dāng)黑體的溫度升高時(shí)，單色輻出度最大值向短波方向移動(dòng)。例子：低溫火爐輻射能集中在紅光。高溫物體輻射能集中在藍(lán)、綠色。應(yīng)用：光測(cè)高溫計(jì)，測(cè)量發(fā)電廠爐內(nèi)溫度。（2）維恩（Wien)位移定律（1）斯忒藩（Stefan)——玻爾茲曼定律黑體的輻出度與熱力學(xué)溫度的四次方成正比當(dāng)黑體的溫度升高時(shí)，單28[例]視太陽(yáng)為半徑的黑體，在地球表面接收到太陽(yáng)輻射的能流密度為，地球與太陽(yáng)的距離為。求太陽(yáng)表面的溫度。[解]太陽(yáng)每秒鐘輻射的能量：太陽(yáng)輻出度：[例]視太陽(yáng)為半徑的黑體29BCTMCeTllll(,)=-253)BMfTll=(,?瑞利--金斯公式維恩公式BhckTMhceTlllpl(,)=--2521問題：如何從理論上找到符合實(shí)驗(yàn)的函數(shù)式2、黑體輻射實(shí)驗(yàn)定律的經(jīng)典理論BCTMCeTllll(,)=-253)BMfTll=(,?30oλ(μm)123568947MBλ維恩實(shí)驗(yàn)值瑞利--金斯紫外災(zāi)難oλ(μm)1235631問題：如何從理論上尋找符合實(shí)驗(yàn)曲線的函數(shù)式普朗克量子假說(shuō)（1）輻射物質(zhì)中具有帶電的線性諧振子，它和周圍電磁場(chǎng)交換能量。3、普朗克的量子假說(shuō)普郎克公式)BMfTll=(,?（2）這些諧振子只能處于某些特殊的分立狀態(tài)，在這些狀態(tài)中相應(yīng)的能量值是不連續(xù)的，它們只能為某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：

問題：如何從理論上尋找符合實(shí)驗(yàn)曲線的函普朗克量子假說(shuō)32en=hh稱為普朗克常數(shù)（4）振子在輻射或吸收