19-01黑体辐射 普朗克能量子假设.ppt

量子概念是1900年普朗克首先提出的 距今已有一百多年的历史 其间 经过爱因斯坦 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创新努力 到20世纪30年代 就建立了一套完整的量子力学理论 量子力学 经典力学 现代物理的理论基础 量子力学相对论 量子力学 一黑体黑体辐射 1 热辐射实验证明不同温度下物体能发出不同的电磁波 这种能量按频率的分布随温度而不同的电磁辐射叫做热辐射 2 单色辐射出射度单位时间内从物体单位表面积发出的频率在附近单位频率区间 或波长在附近单位波长区间 的电磁波的能量 单色辐射出射度单位 单色辐射出射度单位 3 辐射出射度 辐出度 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 实验表明辐射能力越强的物体 其吸收能力也越强 4 黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体 黑体是理想模型 测量黑体辐射出射度实验装置 二斯特藩 玻尔兹曼定律维恩位移定律 1 斯特藩 玻尔兹曼定律 斯特藩 玻尔兹曼常量 2 维恩位移定律 常量 峰值波长 2 取 1 由维恩位移定律 3 由斯特藩 玻尔兹曼定律 由维恩位移定律 对宇宙中其他发光星体的表面温度也可用这种方法进行推测 维恩经验公式 问题 如何从理论上找到符合实验曲线的函数式 4 普朗克量子假设 这个公式与实验曲线波长短处符合得很好 但在波长很长处与实验曲线相差较大 瑞利 金斯经验公式 这个公式在波长很长处与实验曲线比较相近 但在短波区 按此公式 将随波长趋向于零而趋向无穷大的荒谬结果 即 紫外灾难 维恩公式和瑞利 金斯公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结果 都与实验结果不符 明显地暴露了经典物理学的缺陷 黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云 普朗克量子假设 为了解决上述困难 普朗克利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利 金斯公式衔接起来 提出了一个新的公式 普朗克常数 这一公式称为普朗克公式 它与实验结果符合得很好 普朗克量子假设 普朗克量子假设 普朗克公式还可以用频率表示为 普朗克得到上述公式后意识到 如果仅仅是一个侥幸揣测出来的内插公式 其价值只能是有限的 必须寻找这个公式的理论根据 他经过深入研究后发现 必须使谐振子的能量取分立值 才能得到上述普朗克公式 普朗克量子假设 能量子假说 辐射黑体分子 原子的振动可看作谐振子 这些谐振子可以发射和吸收辐射能 但是这些谐振子只能处于某些分立的状态 在这些状态中 谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值 相应的能量是某一最小能量 称为能量子 的整数倍 即 1 2 3 n n为正整数 称为量子数 对于频率为 的谐振子最小能量为 能量 量子 经典 普朗克量子假设 振子在辐射或吸收能量时 从一个状态跃迁到另一个状态 在能量子假说基础上 普朗克由玻尔兹曼分布律和经典电动力学理论 得到黑体的单色辐出度 即普朗克公式 能量子的概念是非常新奇的 它冲破了传统的概念 揭示了微观世界中一个重要规律 开创了物理学的一个全新领域 由于普朗克发现了能量子 对建立量子理论作出了卓越贡献 获1918年诺贝尔物理学奖 普朗克量子假设 三黑体辐射的瑞利 金斯公式经典物理的困难 瑞利 金斯公式 四普朗克假设普朗克黑体辐射公式 1900年 普朗克常量 普朗克黑体辐射公