(本科）物理学第七版15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设 .ppt

课程主讲人：物理学第七版15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版2 量子概念在量子概念在 1900 年由普朗克首先提年由普朗克首先提出，距今已有出，距今已有 100 多年的历史多年的历史. 其间，经其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到创新努力，到 20 世纪世纪 30 年代，一套完年代，一套完整的量子力学理论建立了起来整的量子力学理论建立了起来.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版3一一 黑体黑体 黑体辐射黑体辐射1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念 （1）单色辐射出射度单色辐射出射度 单位时间内从物单位时间内从物体单位表面积发出的频率在体单位表面积发出的频率在 附近单位频率附近单位频率区间内的电磁波的能量区间内的电磁波的能量.单位：单位：)(TM3mW- -单位：单位：12HzmW- - -)(TM第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版4（2）辐射出射度辐射出射度 单位时间、单位面积上所辐射出的各种单位时间、单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.0d)()(TMTM0d)()(TMTM第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版50 2 4 6 8 10 12Hz10/1421210468)/(128HzmW10TM太阳太阳)/(129HzmW10-TM钨丝钨丝5 800 KT 可见可见光区光区 太阳太阳 钨丝钨丝钨丝和太阳的单色辐出度曲线钨丝和太阳的单色辐出度曲线第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版6 2 黑体黑体 黑体是理想黑体是理想模型模型. . 若物体在任何温度下，能吸收一切外来若物体在任何温度下，能吸收一切外来的电磁辐射，则的电磁辐射，则称此物体为黑体称此物体为黑体（绝对黑体）（绝对黑体）.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版7第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版80 1 000 2 0000.5 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区黑体黑体单色单色辐出辐出度的度的实验实验曲线曲线1.0二二 黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律6 6 000000 K K3 3 000000 K K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版91 斯特藩斯特藩- -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律40d)()(TTMTM428Km W10670. 5斯特藩斯特藩- -玻耳兹曼常量玻耳兹曼常量总辐出度总辐出度式中式中0 1 000 2 0001.0 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区0.56 6 000000 K K3 3 000000 K K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版102 维恩位移定律维恩位移定律bT mKm 10898. 23b常量常量 峰值波长峰值波长0 1 000 2 0001.0 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区m0.56 6 000000 K K3 3 000000 K K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版113m12.898 10nm9 891 nm293bT解解 （1）由维恩位移定律由维恩位移定律 例例1（1）温度为温度为 的黑体，其单色辐的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？出度的峰值所对应的波长是多少？( (2) )太阳的太阳的单色辐出度的峰值波长单色辐出度的峰值波长 ，试由，试由此估算太阳表面的温度此估算太阳表面的温度.（3）以上两辐出度以上两辐出度之比为多少？之比为多少？ C20nm 483m第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版125412121076. 1)()()(TTTMTM（2）（3）由由斯特藩斯特藩- -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律329m2.89810K6 000 K48310bT由维恩位移定律由维恩位移定律第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版13三三 瑞利瑞利-金斯公式金斯公式 经典物理的困难经典物理的困难)HzmW10/()(-1-29TM0 1 2 3 6Hz10/142 4瑞利瑞利- -金斯公式金斯公式紫外灾难紫外灾难实验曲线实验曲线*T = 2 000 K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版14普朗克（普朗克（1858 1947） 德国理论物理学家，量子论的奠基人德国理论物理学家，量子论的奠基人. 1900年年12月月14日他在德国物理学会上，宣读了以日他在德国物理学会上，宣读了以关关于正常光谱中能量分布定律的理论于正常光谱中能量分布定律的理论为题的论文，为题的论文，提出了能量的量子化假设提出了能量的量子化假设. 劳厄称这一天是劳厄称这一天是“量子量子论论的诞生日的诞生日”. 量子论和相对论一起构成了近量子论和相对论一起构成了近代物理学的研究基础代物理学的研究基础.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版15四四 普朗克假设普朗克假设 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式32/2 d()de1hMTchkT1 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式346.2610J sh普朗克常量普朗克常量第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版160 1 2 3 6Hz 10/14)HzmW10/()(1-29TM瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式2 4普朗克公式的理论曲线普朗克公式的理论曲线实验值实验值*实实验验值值与与普普朗朗克克公公式式理理论论曲曲线线比比较较T = 2 000 K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版17 黑体中的分子、原子的振动可看作谐振黑体中的分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应的能量是某一最小能量的整数倍的能量是某一最小能量的整数倍, 即即 ，2 ，3, , n , 称为能量子，称为能量子，n 为量子数为量子数.2 普朗克量子假设普朗克量子假设)321(,nnh 普朗克量子假设是量子力学的里程碑普朗克量子假设是量子力学的里程碑. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版18 （2）当量子数由当量子数由 增加到增加到 时，振时，振幅的变化是多少？幅的变化是多少？n1n 例例2 设一个音叉尖端质量为设一个音叉尖端质量为 0.050 kg ，将其频率调到将其频率调到 ，振幅，振幅 .求：求：mm 0 . 1AHz 480（1）尖端振动的量子数；尖端振动的量子数； 解解（1）J 227. 0)2(21212222AmAmE第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版19Enh291013. 7hEn基元能量基元能量J1018.331h（2）222222EnhAmmEnh22 dd2hA Anm第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学第七版202AnnA1nm1001. 734A 在宏观范围内，能量量子化的效应是在宏观范围内，能量量子化的效应是极不明显的，即宏观物体的能量完全可视极不明显的，即宏观物体的能量完全可视为是连续的为是连续的.第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版21选择进入下一节：选择进入下一节：15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论15-3 15-3 康普顿效应康普顿效应15-2 15-2 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性15-015-0 教学基本要求教学基本要求第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版2215-8 15-8 量子力学简介量子力学简介15-9 15-9 氢原子的量子理论简介氢原子的量子理论简介 *15-10 15-10 多电子原子中的电子分布多电子原子中的电子分布*1515-5 -5 弗兰克弗兰克- -赫兹实验赫兹实验15-6 15-6 德布罗意波德布罗意波 实物粒子的二象性实物粒子的二象性15-7 15-7 不确定关系不确定关系 选择进入下一节：选择进入下一节：第十五章第十五章 量子物理量子物理本章目录本章目录物理学第七版23选择进入下一节：选择进入下一节：*1515-11 -11 激光激光*1515-12 -12 半导体半导体*1515-13 -13 超导电性超导电性*1515-14 -14 扫描隧穿显微镜扫描隧穿显微镜*1515-15 -15 纳米材料简介纳米材料简介