黑体辐射的实验规律.pptx

黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律第十五章第十五章第十五章第十五章量子物理基础量子物理基础 热辐射热辐射 普朗克得量子假设普朗克得量子假设光电效应光电效应 爱因斯坦得光子理论爱因斯坦得光子理论康普顿效应康普顿效应波尔氢原子理论波尔氢原子理论实物粒子得波粒二象性实物粒子得波粒二象性不确定关系不确定关系波函数波函数 薛定谔方程薛定谔方程一维定态问题一维定态问题2024/5/1 2024/5/1 周三周三量子理论得三大先驱量子理论得三大先驱 玻尔玻尔爱因斯坦爱因斯坦普朗克普朗克1905年年1913年年1900年年量子概念量子概念2024/5/1 2024/5/1 周三周三？热辐射热辐射实实 验验量子概念得诞生量子概念得诞生 问题问题:2024/5/1 2024/5/1 周三周三何谓热辐射何谓热辐射 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到物体在任一温度下发射从红外线、可见光到紫外线得紫外线得连续连续得电磁波。得电磁波。2024/5/1 2024/5/1 周三周三何谓热辐射何谓热辐射 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到物体在任一温度下发射从红外线、可见光到紫外线得紫外线得连续连续得电磁波。得电磁波。0 0、6mm6mm760nm760nm之间得电磁波称为之间得电磁波称为之间得电磁波称为之间得电磁波称为红外线红外线760nm760nm400nm400nm之间得电磁波称为之间得电磁波称为之间得电磁波称为之间得电磁波称为可见光可见光(可见光在整个电磁波谱中所占得波段最窄可见光在整个电磁波谱中所占得波段最窄可见光在整个电磁波谱中所占得波段最窄可见光在整个电磁波谱中所占得波段最窄)400nm400nm5nm5nm之间得电磁波称为之间得电磁波称为之间得电磁波称为之间得电磁波称为紫外线紫外线她们都就是由原子得外层电子自发辐射产生得、她们都就是由原子得外层电子自发辐射产生得、她们都就是由原子得外层电子自发辐射产生得、她们都就是由原子得外层电子自发辐射产生得、2024/5/1 2024/5/1 周三周三何谓热辐射何谓热辐射火火炉炉600度度1000度度400度度因辐射与温度有关因辐射与温度有关,故称故称热辐射热辐射固体在温度升高时颜色得变化固体在温度升高时颜色得变化固体在温度升高时颜色得变化固体在温度升高时颜色得变化1400 K800 K1000 K1200 K2024/5/1 2024/5/1 周三周三辐射能量辐射能量 与与 T T、有规律吗？有规律吗？成为成为19世纪末炼钢、电灯照明世纪末炼钢、电灯照明急待解决得课题急待解决得课题2024/5/1 2024/5/1 周三周三不能一个物体一个物体分别来研究不能一个物体一个物体分别来研究不能一个物体一个物体分别来研究不能一个物体一个物体分别来研究辐射能量辐射能量 与与 T T、得规律得规律绝对黑体绝对黑体基尔霍夫基尔霍夫理想模型：理想模型：绝对黑体绝对黑体 在任何温度、对于任何波长得外来辐射得在任何温度、对于任何波长得外来辐射得 吸收率均为吸收率均为 1 得物体。得物体。2024/5/1 2024/5/1 周三周三绝对黑体绝对黑体注意注意:一个开有小孔得内表面一个开有小孔得内表面粗糙得空腔可近似看成粗糙得空腔可近似看成理想得黑体。理想得黑体。一般物体一般物体吸收吸收 反射反射 透射透射绝对黑体绝对黑体吸收吸收 辐射辐射2024/5/1 2024/5/1 周三周三大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静继续保持安静继续保持安静好得吸收体也就是好得辐射体好得吸收体也就是好得辐射体绝对黑体绝对黑体如远处不点灯得建筑物如远处不点灯得建筑物若室内点灯若室内点灯（自身辐射较强）（自身辐射较强）注意注意:黑体当其自身得热辐射很弱时黑体当其自身得热辐射很弱时黑体当其自身得热辐射很弱时黑体当其自身得热辐射很弱时,看上去就是黑洞洞得。看上去就是黑洞洞得。看上去就是黑洞洞得。看上去就是黑洞洞得。2024/5/1 2024/5/1 周三周三绝对黑体绝对黑体注意注意:一个开有小孔得内表面一个开有小孔得内表面粗糙得空腔可近似看成粗糙得空腔可近似看成理想得黑体。理想得黑体。一般物体一般物体吸收吸收 反射反射 透射透射绝对黑体绝对黑体吸收吸收 辐射辐射整个整个热辐射热辐射研究可简化为研究可简化为黑体辐射黑体辐射得研究得研究2024/5/1 2024/5/1 周三周三1000度度热辐射得热辐射得实验规律实验规律火火炉炉2000度度800度度炉火纯青炉火纯青22002200KK20002000KK18001800KK16001600KK热辐射得实验曲线热辐射得实验曲线1.01.02.02.03.03.0 4.04.05.05.0202030301010404050506060 2024/5/1 2024/5/1 周三周三实验规律实验规律找到了找到了实验曲线实验曲线画出来了画出来了下一步下一步要上升到理论要上升到理论:从理论上找到符合实验曲线从理论上找到符合实验曲线得得函数式函数式热辐射规律得理论解释热辐射规律得理论解释2024/5/1 2024/5/1 周三周三热辐射得热辐射得理论解释理论解释 当时经典物理占统治地位当时经典物理占统治地位,人们自然用经典学理人们自然用经典学理论来解释热辐射并建立了两个公式论来解释热辐射并建立了两个公式:1)维恩公式维恩公式(Wiens formula)1896年德国维恩年德国维恩(Wien)从从热力学热力学普遍理论普遍理论出发导出出发导出1.02.03.04.05.06.07.08.09.0 维恩公式在长波维恩公式在长波方面与实验不符方面与实验不符热辐射规律得理论解释热辐射规律得理论解释2024/5/1 2024/5/1 周三周三1.02.0 3.04.05.0 6.0 7.08.0 9.0 2)瑞利瑞利-金斯公式金斯公式(Rayleigh-jeans formula)1900、6年瑞利年瑞利-金斯利从金斯利从电动力学电动力学和和统计力学统计力学出发导出出发导出 公式在短波区域公式在短波区域明显与实验不符明显与实验不符,而而理论上却找不出错理论上却找不出错误误 紫外灾难紫外灾难热辐射规律得理论解释热辐射规律得理论解释2024/5/1 2024/5/1 周三周三新实验新实验经典物理经典物理尖锐矛盾尖锐矛盾紫外灾难紫外灾难0 结果结果 量子论量子论 相对论相对论2024/5/1 2024/5/1 周三周三普朗克公式普朗克公式(Plancks formula)19001900、1010、1919年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了一个公式一个公式一个公式一个公式:“:“普朗克公式普朗克公式普朗克公式普朗克公式”该公式与实验数据符合得很好！该公式与实验数据符合得很好！1.02.0 3.04.0 5.0 6.07.0 8.0 9.0普朗克公式曲线普朗克公式曲线普朗克公式曲线普朗克公式曲线量子概念得诞生量子概念得诞生普朗克普朗克2024/5/1 2024/5/1 周三周三能量不连续能量不连续,只能取某一最小能量得整只能取某一最小能量得整数倍数倍!普朗克量子假说普朗克量子假说1900190019001900年年年年12121212月月月月14141414日日日日量子概念得诞生量子概念得诞生量子数量子数h=6、63 10-34Js 称为普朗克恒量称为普朗克恒量2024/5/1 2024/5/1 周三周三量子理论带来了出人意料得量子理论带来了出人意料得科学上科学上技术上技术上社会上社会上哲学上哲学上得多种多样得新鲜成果得多种多样得新鲜成果也逐渐成了也逐渐成了20世纪物理学中得世纪物理学中得“唯一思想模式唯一思想模式”量子概念得诞生量子概念得诞生2024/5/1 2024/5/1 周三周三量子概念得诞生量子概念得诞生 普朗克诞辰普朗克诞辰普朗克诞辰普朗克诞辰100100100100周年德国发行得周年德国发行得周年德国发行得周年德国发行得2 2 2 2马克面值得纪念硬币马克面值得纪念硬币马克面值得纪念硬币马克面值得纪念硬币哥庭根市公墓：哥庭根市公墓：哥庭根市公墓：哥庭根市公墓：h=6.63 10-34Js “这一发现成为这一发现成为2020世纪整个物理研究得基础世纪整个物理研究得基础,从从那时起那时起,几乎完全决定了物理学得发展几乎完全决定了物理学得发展”。爱因斯坦爱因斯坦 事实上正就是这一理论导致了量子力学得诞生事实上正就是这一理论导致了量子力学得诞生,1918年因此而获得诺贝尔奖。年因此而获得诺贝尔奖。2024/5/1 2024/5/1 周三周三 “我试图将我试图将h 纳入经典理论的范围，但一切纳入经典理论的范围，但一切这样的尝试都失败了，这个量非常顽固这样的尝试都失败了，这个量非常顽固”。后来。后来他又说：他又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。我的一些同事把这看成是悲剧，但我有自已的看我的一些同事把这看成是悲剧，但我有自已的看法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道作用量子作用量子 将在物理中发挥出巨大作用将在物理中发挥出巨大作用”。量子概念得诞生量子概念得诞生注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗学泰斗-洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除种方式来消除这一关系式。它写道：这一关系式。它写道：2024/5/1 2024/5/1 周三周三 量子论这个精灵蹦跳在时代得最前缘量子论这个精灵蹦跳在时代得最前缘,她她需要最有锐气得头脑和最富有创见得思想来激需要最有锐气得头脑和最富有创见得思想来激活她得灵气。活她得灵气。20 20世纪初世纪初,物理学得天空中已就是黑云压物理学得天空中已就是黑云压城城,每一升空气似乎都在激烈地对流和振荡。每一升空气似乎都在激烈地对流和振荡。一个伟大得时代需要伟大得人物一个伟大得时代需要伟大得人物,有史以有史以来最出色和最富激情得来最出色和最富激情得 “黄金一代黄金一代”物理物理学家便在这乱世得前夕成长起来。学家便在这乱世得前夕成长起来。量子概念得诞生量子概念得诞生2024/5/1 2024/5/1 周三周三量子理论得三大先驱量子理论得三大先驱 玻尔玻尔15爱因斯坦爱因斯坦21普朗克普朗克421905年年1900年年量子概念量子概念2024/5/1 2024/5/1 周三周三 问题问题:2、什么就是什么就是光电效应光电效应？2024/5/1 2024/5/1 周三周三1 1、存在红限频率。存在红限频率。存在红限频率。存在红限频率。2 2、光照到金属表面光电流立即产生。光照到金属表面光电流立即产生。光照到金属表面光电流立即产生。光照到金属表面光电流立即产生。3 3、光得最大动能只与光得频率有关光得最大动能只与光得频率有关光得最大动能只与光得频率有关光得最大动能只与光得频率有关,与光强无关。与光强无关。与光强无关。与光强无关。4 4、存在饱和光电流。存在饱和光电流。存在饱和光电流。存在饱和光电流。金属金属金属金属光电子光电子光电子光电子爱因斯坦爱因斯坦光量子理论光量子理论19051905年年 光电效应光电效应光得微粒说光得微粒说光得微粒说光得微粒说爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦2024/5/1 2024/5/1 周三周三爱因斯坦光量子假说爱因斯坦光量子假说(1905)(1905)(1905)(1905)1 1 1 1)光束光束光束光束粒子流粒子流粒子流粒子流光子光子光子光子(光量子光量子光量子光量子)流流流流2 2 2 2）光子的能量）光子的能量）光子的能量）光子的能量3 3 3 3）单色光的强度）单色光的强度）单色光的强度）单色光的强度爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程逸出功逸出功逸出功逸出功 光电效应光电效应光得微粒说光得微粒说光得微粒说光得微粒说爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦2024/5/1 2024/5/1 周三周三 但她研究得初衷不就是去证明爱因斯坦得光但她研究得初衷不就是去证明爱因斯坦得光但她研究得初衷不就是去证明爱因斯坦得光但她研究得初衷不就是去证明爱因斯坦得光电效应公式电效应公式电效应公式电效应公式,而就是要推翻爱因斯坦得公式。而就是要推翻爱因斯坦得公式。而就是要推翻爱因斯坦得公式。而就是要推翻爱因斯坦得公式。1916 1916 1916 1916年年年年,密立根得实验结果完全肯定了爱因斯坦得光密立根得实验结果完全肯定了爱因斯坦得光密立根得实验结果完全肯定了爱因斯坦得光密立根得实验结果完全肯定了爱因斯坦得光电效应方程电效应方程电效应方程电效应方程,并且测出当时最好得普朗克常数并且测出当时最好得普朗克常数并且测出当时最好得普朗克常数并且测出当时最好得普朗克常数h h h h得值。得值。得值。得值。密立根密立根密立根密立根 1923 1923 1923 1923 年年年年获获获获诺诺诺诺贝贝贝贝尔尔尔尔物物物物理理理理学学学学奖奖奖奖，以以以以表表表表彰彰彰彰他他他他对对对对基基基基本本本本电荷和光电效应的工作。电荷和光电效应的工作。电荷和光电效应的工作。电荷和光电效应的工作。1923192319231923 光电效应光电效应光得微粒说光得微粒说光得微粒说光得微粒说爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦2024/5/1 2024/5/1 周三周三光得本性就是什么？光得本性就是什么？粒子粒子？！牛顿牛顿 波粒二象性！波粒二象性！爱因斯坦爱因斯坦 问题问题:反射反射、折射折射、干涉干涉、衍射衍射、偏振偏振波？！波？！2024/5/1 2024/5/1 周三周三光得光得“波粒二象性波粒二象性”1)1)1)1)光在传播过程中光在传播过程中光在传播过程中光在传播过程中波动性波动性波动性波动性2)2)2)2)光在与物质相互作用时光在与物质相互作用时光在与物质相互作用时光在与物质相互作用时粒子性粒子性粒子性粒子性光具有光具有光具有光具有“波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性”爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦 19211921年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。光子得能量、质量与动量光子得能量、质量与动量光子光子2024/5/1 2024/5/1 周三周三 康普顿正在操纵康普顿正在操纵康普顿正在操纵康普顿正在操纵X X射线光谱仪射线光谱仪射线光谱仪射线光谱仪 康普顿研究康普顿研究康普顿研究康普顿研究了了了了X X射线经物射线经物射线经物射线经物质散射得实验质散射得实验质散射得实验质散射得实验 进一步证实了进一步证实了进一步证实了进一步证实了爱因斯坦得光爱因斯坦得光爱因斯坦得光爱因斯坦得光子概念。子概念。子概念。子概念。1923年年康普顿效应康普顿效应光得微粒说光得微粒说光得微粒说光得微粒说2024/5/1 2024/5/1 周三周三康普顿效应康普顿效应光得微粒说光得微粒说光得微粒说光得微粒说2024/5/1 2024/5/1 周三周三自由电子自由电子自由电子自由电子0(1)(1)(1)(1)入射光子与外层电子弹性碰撞入射光子与外层电子弹性碰撞入射光子与外层电子弹性碰撞入射光子与外层电子弹性碰撞 外层电子受原子核束缚较弱外层电子受原子核束缚较弱外层电子受原子核束缚较弱外层电子受原子核束缚较弱,近似自由近似自由近似自由近似自由、碰撞时光子损失能量碰撞时光子损失能量碰撞时光子损失能量碰撞时光子损失能量,波长改变波长改变波长改变波长改变、康普顿效应得康普顿效应得量子解释量子解释量子解释量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释:能量、动量守恒能量、动量守恒2024/5/1 2024/5/1 周三周三光子质量远小于原子光子质量远小于原子光子质量远小于原子光子质量远小于原子,碰撞时光子不损失能量碰撞时光子不损失能量碰撞时光子不损失能量碰撞时光子不损失能量,波长不变。波长不变。波长不变。波长不变。00内层电子被紧束缚内层电子被紧束缚内层电子被紧束缚内层电子被紧束缚,光子相当于和整个原子发生碰撞。光子相当于和整个原子发生碰撞。光子相当于和整个原子发生碰撞。光子相当于和整个原子发生碰撞。原子原子原子原子康普顿效应得康普顿效应得量子解释量子解释量子解释量子解释(2)(2)(2)(2)入射光子与内层电子弹性碰撞入射光子与内层电子弹性碰撞入射光子与内层电子弹性碰撞入射光子与内层电子弹性碰撞 康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释:能量、动量守恒能量、动量守恒2024/5/1 2024/5/1 周三周三光子和电子作弹性碰撞得结果光子和电子作弹性碰撞得结果光子和电子作弹性碰撞得结果光子和电子作弹性碰撞得结果 1 1、若光子和外层电子相碰撞、若光子和外层电子相碰撞、若光子和外层电子相碰撞、若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给光子有一部分能量传给光子有一部分能量传给光子有一部分能量传给电子电子电子电子,光子得能量减少光子得能量减少光子得能量减少光子得能量减少,因此频率变小因此频率变小因此频率变小因此频率变小,波长变长。波长变长。波长变长。波长变长。2 2、若光子和内层电子相碰撞时、若光子和内层电子相碰撞时、若光子和内层电子相碰撞时、若光子和内层电子相碰撞时,碰撞前后光子能量几碰撞前后光子能量几碰撞前后光子能量几碰撞前后光子能量几乎不变乎不变乎不变乎不变,故波长有不变故波长有不变故波长有不变故波长有不变得成分得成分得成分得成分。3 3、因为碰撞中交换得能量和碰撞得角度有关、因为碰撞中交换得能量和碰撞得角度有关、因为碰撞中交换得能量和碰撞得角度有关、因为碰撞中交换得能量和碰撞得角度有关,所以波所以波所以波所以波长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。康普顿效应得康普顿效应得量子解释量子解释量子解释量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释康普顿效应得量子解释:能量、动量守恒能量、动量守恒波长波长不变不变不变不变的散射线的散射线波长波长变大变大变大变大的散射线的散射线光子光子外层电子外层电子 内内内内层电子层电子2024/5/1 2024/5/1 周三周三康普顿得康普顿得康普顿得康普顿得X X射线实验室射线实验室射线实验室射线实验室 对证实康普顿效应作出了重要贡献对证实康普顿效应作出了重要贡献对证实康普顿效应作出了重要贡献对证实康普顿效应作出了重要贡献 在康普顿得一本著作中曾在康普顿得一本著作中曾在康普顿得一本著作中曾在康普顿得一本著作中曾1919处处处处提到提到提到提到吴有训吴有训吴有训吴有训吴有训吴有训吴有训吴有训1927康普顿效应康普顿效应光得微粒说光得微粒说光得微粒说光得微粒说2024/5/1 2024/5/1 周三周三 光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子得相互光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子得相互光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子得相互光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子得相互作用过程作用过程作用过程作用过程,对此对此对此对此,在以下几种理解中在以下几种理解中在以下几种理解中在以下几种理解中,正确得就是正确得就是正确得就是正确得就是()()()()(A)(A)(A)(A)两种效应中电子与光子两者组成得系统都服从动两种效应中电子与光子两者组成得系统都服从动两种效应中电子与光子两者组成得系统都服从动两种效应中电子与光子两者组成得系统都服从动 量守恒定律和能量守恒定律、量守恒定律和能量守恒定律、量守恒定律和能量守恒定律、量守恒定律和能量守恒定律、(B)(B)(B)(B)两种效应都相当于电子与光子得弹性碰撞过程、两种效应都相当于电子与光子得弹性碰撞过程、两种效应都相当于电子与光子得弹性碰撞过程、两种效应都相当于电子与光子得弹性碰撞过程、(C)(C)(C)(C)两种效应都属于电子吸收光子得过程、两种效应都属于电子吸收光子得过程、两种效应都属于电子吸收光子得过程、两种效应都属于电子吸收光子得过程、(D)(D)(D)(D)光电效应就是吸收光子得过程光电效应就是吸收光子得过程光电效应就是吸收光子得过程光电效应就是吸收光子得过程,而康普顿效应则相而康普顿效应则相而康普顿效应则相而康普顿效应则相 当于光子和电子得弹性碰撞过程当于光子和电子得弹性碰撞过程当于光子和电子得弹性碰撞过程当于光子和电子得弹性碰撞过程、例例例例2024/5/1 2024/5/1 周三周三 作业作业本本P29 一一、1、2、3 二二、1、7 三三、1、2、52024/5/1 2024/5/1 周三周三量子理论得三大先驱量子理论得三大先驱 玻尔玻尔15爱因斯坦爱因斯坦21普朗克普朗克421905年年1913年年1900年年量子概念量子概念2024/5/1 2024/5/1 周三周三何谓热辐射何谓热辐射 物体在任一温度下发射从红外线、可见光到物体在任一温度下发射从红外线、可见光到紫外线得紫外线得连续连续得电磁波。得电磁波。物体在任一温度下发射从红外线、可见光到物体在任一温度下发射从红外线、可见光到紫外线得紫外线得连续连续得电磁波。得电磁波。2024/5/1 2024/5/1 周三周三作者姓名作者姓名作者姓名作者姓名:安宏安宏安宏安宏工作单位工作单位工作单位工作单位:大连大学物理科学与技术学院大连大学物理科学与技术学院大连大学物理科学与技术学院大连大学物理科学与技术学院联系方式联系方式联系方式联系方式:电话电话电话电话-3-3 邮箱邮箱邮箱邮箱-素材来源素材来源教学大纲教学大纲教学日历教学日历教师简介教师简介使用教材使用教材教辅资料教辅资料2024/5/1 2024/5/1 周三周三 德国物理学家德国物理学家,量子物理学得开创量子物理学得开创者和奠基人者和奠基人,19181918年诺贝尔物理学奖金得年诺贝尔物理学奖金得获得者。获得者。普朗克得伟大成就普朗克得伟大成就,就就是创立了量就就是创立了量子理论子理论,这就是物理学史上得一次巨大变这就是物理学史上得一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下得革。从此结束了经典物理学一统天下得局面。局面。19001900年年,普朗克抛弃了能量就是连续普朗克抛弃了能量就是连续得传统经典物理观念得传统经典物理观念,导出了与实验完全导出了与实验完全符合得黑体辐射经验公式。在理论上导符合得黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式出这个公式,必须假设物质辐射得能量就必须假设物质辐射得能量就是不连续得是不连续得,只能就是某一个最小能量得只能就是某一个最小能量得整数倍。普朗克把这一最小能量单位称整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为为“能量子能量子”。普朗克得假设解决了黑。普朗克得假设解决了黑体辐射得理论困难。普朗克还进一步提体辐射得理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比得观点出了能量子与频率成正比得观点,并引入并引入了普朗克常数了普朗克常数h h。量子理论现已成为现代。量子理论现已成为现代理论和实验得不可缺少得基本理论。理论和实验得不可缺少得基本理论。普朗克由于创立了量子理论而获得了诺普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖金。贝尔奖金。普朗克普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck(18581947)2024/5/1 2024/5/1 周三周三二、黑体辐射实验定律二、黑体辐射实验定律单色反射率单色反射率 对一定波长的波，单位时间、单位对一定波长的波，单位时间、单位 面积上反射能与入射能之比面积上反射能与入射能之比 单色吸收率单色吸收率 对一定波长的波，单位时间、单位对一定波长的波，单位时间、单位 面积上面积上吸收能与入射能之比吸收能与入射能之比 绝对黑体绝对黑体(黑体黑体)在任何温度下在任何温度下,对任何波长得辐射能对任何波长得辐射能 得吸收率恒为得吸收率恒为1 1得物体。得物体。黑黑体体模模型型 不透明得材料制成带小孔得得空腔不透明得材料制成带小孔得得空腔,可近似看作黑体。可近似看作黑体。研究黑体辐射得规律就是了解一般物研究黑体辐射得规律就是了解一般物体热辐射性质得基础。体热辐射性质得基础。2024/5/1 2024/5/1 周三周三1 1、斯忒藩、斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律:一定温度下一定温度下,黑体得辐出度与黑体得绝对温度四黑体得辐出度与黑体得绝对温度四次方成正比次方成正比,即即2 2、维恩位移公式、维恩位移公式:黑体辐射得峰值波长随着温度得增加而向着短波黑体辐射得峰值波长随着温度得增加而向着短波方向移动。方向移动。b b为常数为常数为常数为常数三、普朗克量子假设三、普朗克量子假设黑体辐射实验就是物理学晴朗天空中黑体辐射实验就是物理学晴朗天空中 一朵令人不安得乌云。一朵令人不安得乌云。2024/5/1 2024/5/1 周三周三19001900年普朗克为得到与实验曲线相符得公式年普朗克为得到与实验曲线相符得公式,提出提出 (1)黑体腔壁中得电子得振动可看作就是一维谐振子黑体腔壁中得电子得振动可看作就是一维谐振子,这些这些谐振子可以发射和吸收辐射能。谐振子可以发射和吸收辐射能。(2)这些谐振子只能处于某些分立得状态这些谐振子只能处于某些分立得状态,在这些状态中在这些状态中,谐振子具有得能量只能取分立值谐振子具有得能量只能取分立值,相应得能量就是某一最小能量相应得能量就是某一最小能量得整数倍得整数倍,最小能量值称为能量子最小能量值称为能量子,其值为其值为能量子假设能量子假设:普朗克根据量子假设推得绝对黑体得辐射公式普朗克根据量子假设推得绝对黑体得辐射公式:2024/5/1 2024/5/1 周三周三一定时间内物体辐射能量得多少一定时间内物体辐射能量得多少,以及辐射能按波以及辐射能按波 长得分布都与温度有关。长得分布都与温度有关。热辐射热辐射 :由于物体中得分子、原子受到热激发而发射电磁波由于物体中得分子、原子受到热激发而发射电磁波 得现象。得现象。小结小结:单色辐出度单色辐出度:辐辐出度出度:平衡热辐射平衡热辐射辐射和吸收达到平衡时辐射和吸收达到平衡时,物体得温度不再变化物体得温度不再变化,此时物体得热辐射平衡热辐射。此时物体得热辐射平衡热辐射。绝对黑体绝对黑体(黑体黑体)在任何温度下在任何温度下,对任何波长得辐射能对任何波长得辐射能 得吸收率恒为得吸收率恒为1 1得物体。得物体。2024/5/1 2024/5/1 周三周三斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律:一定温度下一定温度下,黑体得辐出度与黑体得绝对温度四黑体得辐出度与黑体得绝对温度四次方成正比次方成正比,即即维恩位移公式维恩位移公式:黑体辐射得峰值波长随着温度得增加而向着短波黑体辐射得峰值波长随着温度得增加而向着短波方向移动。方向移动。(1)黑体腔壁中得电子得振动可看作就是一维谐振子黑体腔壁中得电子得振动可看作就是一维谐振子,这些这些谐振子可以发射和吸收辐射能。谐振子可以发射和吸收辐射能。普朗克量子假设普朗克量子假设:2024/5/1 2024/5/1 周三周三 (2)这些谐振子只能处于某些分立得状态这些谐振子只能处于某些分立得状态,在这些状态中在这些状态中,谐振子具有得能量只能取分立值谐振子具有得能量只能取分立值,相应得能量就是某一最小能量相应得能量就是某一最小能量得整数倍得整数倍,最小能量值称为能量子最小能量值称为能量子,其值为其值为普朗克根据量子假设推得绝对黑体得辐射公式普朗克根据量子假设推得绝对黑体得辐射公式:2024/5/1 2024/5/1 周三周三M()瑞利瑞利 金斯公式金斯公式(1900年年)维恩公式维恩公式(1896年年)实验曲线实验曲线经典物理遇到得困难经典物理遇到得困难2024/5/1 2024/5/1 周三周三普朗克注意到在过去得理论普朗克注意到在过去得理论中中,把黑体中得原子和分子把黑体中得原子和分子都看成可以吸收都看成可以吸收 或辐射电磁或辐射电磁波得谐振子波得谐振子,且电磁波与谐且电磁波与谐振子交换能量时可以以任一振子交换能量时可以以任一大小得份额进行大小得份额进行,(从从0到到 大大)。普朗克当时大胆地放弃。普朗克当时大胆地放弃了这一概念了这一概念,提出了能量提出了能量只能按不连续得一份一份能量进行只能按不连续得一份一份能量进行量子概念得诞生量子概念得诞生得吸收与辐射得吸收与辐射量子化量子化2024/5/1 2024/5/1 周三周三 辐射黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐辐射黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子辐射电磁波并和周围电磁场交换能量，但这些谐振射电磁波并和周围电磁场交换能量，但这些谐振子只能处于某些特殊的状态。它们的能量只能是子只能处于某些特殊的状态。它们的能量只能是某些能量子某些能量子 的整数倍。的整数倍。普朗克量子假设：普朗克量子假设：量子数量子数h=6.63 10-34Js 称为普朗克恒量称为普朗克恒量具体讲具体讲:辐射物体就是由一些线性谐振子组成辐射物体就是由一些线性谐振子组成,对对频率为频率为 得谐振子得谐振子,她具有得最小能量就是她具有得最小能量就是h,能具能具有有得其她能量值就是得其她能量值就是h 得整数倍得整数倍,因此她吸收与辐因此她吸收与辐射得能量也只能就是射得能量也只能就是h 得整数倍。即能量只能就是得整数倍。即能量只能就是:量子概念得诞生量子概念得诞生2024/5/1 2024/5/1 周三周三 量子理论在量子理论在20世纪中得发现和发展世纪中得发现和发展,就是一个就是一个史诗式得故事史诗式得故事,千万个问题共同交织成了量子理论得构造千万个问题共同交织成了量子理论得构造 量子理论在科学史和人类智能史上就是独一无量子理论在科学史和人类智能史上就是独一无二得二得,她比她比相对论更加独特得多。相对论更加独特得多。她在观念上和过去进行了完全得决裂她在观念上和过去进行了完全得决裂,而塑造而塑造了一种关于物质结构和辐射得以及关于许多基本了一种关于物质结构和辐射得以及关于许多基本自然力得新世界观。自然力得新世界观。J、Mehra2024/5/1 2024/5/1 周三周三例例2波长为波长为450nm的单色光射到纯钠的表面上的单色光射到纯钠的表面上.求求（1）这种光的光子能量和动量；）这种光的光子能量和动量；（2）光电子逸出钠表面时的动能；）光电子逸出钠表面时的动能；（3）若光子的能量为）若光子的能量为2.40eV，其波长为多少？其波长为多少？解解(1)（2）（3）2024/5/1 2024/5/1 周三周三例例3 3 光电效应实验光电效应实验,已知阴极材料得逸出功已知阴极材料得逸出功W,照射光得频率照射光得频率 o,求求:1)红限红限 o;2)遏止电压遏止电压U0。解解:1)由爱因斯坦方程由爱因斯坦方程(2)2024/5/1 2024/5/1 周三周三例例例例4 4 4 4:钾钾钾钾得光电效应红限得光电效应红限得光电效应红限得光电效应红限 0 0=4=4、841084101414HzHz,解解:W=W=h h 0 0=6=6、63106310-34-34 4 4、841084101414=2=2、0 0(eV)(eV)(2)钾得红限波长钾得红限波长 0 0=c/=c/0 0=310=3108 8/(/(4 4、841084101414)=620(nm)=620(nm)=300nm=300nm0 0 能发生光电效应能发生光电效应=1=1、7777(V V)求求求求:(:(:(:(1 1 1 1)钾电子得逸出功钾电子得逸出功钾电子得逸出功钾电子得逸出功 W W W W;(2 2 2 2)用波长用波长用波长用波长=330nm=330nm=330nm=330nm得紫外光照射钾得紫外光照射钾得紫外光照射钾得紫外光照射钾,能否发生光电效应？能否发生光电效应？能否发生光电效应？能否发生光电效应？若能若能若能若能,遏止电压为多少？遏止电压为多少？遏止电压为多少？遏止电压为多少？(1 1)钾电子得逸出功钾电子得逸出功W W:2024/5/1 2024/5/1 周三周三例例:一频率为一频率为=0、5HZ,振辐为振辐为A=10cm,劲度系劲度系 数为数为K=3、0N/m得谐振子得谐振子:其能量其能量若能量变化若能量变化,一次减少一个能量子一次减少一个能量子,一个能量子能量一个能量子能量:不连续变化得比率不连续变化得比率:若每相差一能量子画一直线若每相差一能量子画一直线EX宏观看宏观看就是连续得就是连续得例题例题2024/5/1 2024/5/1 周三周三E宏观看宏观看是连续的是连续的 由此可见可以把经典物理看成由此可见可以把经典物理看成就是量子物理在量子数很大时得特就是量子物理在量子数很大时得特殊情况殊情况(只有只有 n 很小时很小时,能量得不能量得不连续才显得很明显连续才显得很明显)对应原理对应原理:量子论对一个系统得描述量子论对一个系统得描述,当量子数当量子数 非常大时非常大时,即与经典物理得描述一致。即与经典物理得描述一致。(1929年波尔提出年波尔提出)事实上事实上,第一个认识到普朗克假说得伟大意义第一个认识到普朗克假说得伟大意义得就是爱因斯坦。得就是爱因斯坦。例题例题2024/5/1 2024/5/1 周三周三