能量量子化选修

第17章波粒子二重性，17.1能量量子化，我们周围的所有物体都在发射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，称为热辐射。辐射电磁波的特性只与温度有关。固体在温度升高时颜色的变化，特性：热辐射强度随波长不同而随着物体的温度不同分布。黑体辐射1。热辐射现象，热辐射强度与波长(频率)星分布和温度有关，低温物体发出红外线，热物体发出可见光，高温物体发出紫外线。温度短波长的电磁波比。任何物体(气体、液体、固体)在任何温度下都有热辐射。热辐射光谱是连续光谱，有多种波长(频率)，但强度不同。2 .黑体及黑体辐射，如果任何物体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，这种物体就称为“绝对黑体”。是能在任何温度下吸收掉在上面的所有辐射的理想物体。黑体辐射特性：黑体辐射电磁波的强度仅与黑体随波长的温度有关。黑体模型：1895年，韦恩指出，绝对黑体可以由带小孔的辐射空腔(见图)构成，小孔在孔壁上打开，进入小孔的电磁波在空腔的内部表面反射和吸收了多次，最终不会从空腔中释放出来。不是空腔壁，这个小孔成为黑体，在不同温度下黑体辐射强度随波长分布的实验曲线，1)温度恒定时黑体的辐射强度在每条曲线上都有很大的值，相应的波长是m。2)随着温度的增加，黑体的总辐射强度迅速增加，曲线的最大点逐渐向波长短的方向移动。黑体辐射定律，辐射强度，(3)瑞利-金斯公式：在长波部分与实验结果进行比较。但是在短波区域，与实验不太一致，波长为0，紫外线区域计算单色辐射度为无穷大(称为“紫外线灾难”)。使用经典理论无法解释黑体辐射现象。1900年，凯尔文指出，在清澈的物理理论建筑上空，“两块乌云”之一飞来，动摇了经典物理的基础。(2)韦恩公式说明，短波部分与实验结果很一致，而长波则不然。4 .黑体辐射实验定律的理论解释，(1)物体上有许多不断运动的带电粒子，带电粒子的振动而变化的电磁场，向外发射电磁波并振动的带电粒子，其吸收或释放的能量可能是h的整数倍，粒子只能不连续地一次发射或吸收能量。在微观世界中，能量连续不变，只能取分值的现象称为能量量子化。电磁波频率：普朗克常数h=6.62610-34js，自然中存在的能量的最基本单位：能量子=h，为了从理论上推导出与实验一致的黑体辐射公式，普朗克提出了一个与经典物理学概念截然不同的“能量子”假说。振动带电粒子的能量只是最小能量值的整数倍，其辐射和吸收能量也是这个最小能量值的一部分。图中的热辐射曲线是根据普朗克计算及能量子假设的辐射公式，与黑体辐射实验结果一致。1900年12月14日，普朗克在德国物理学会上报告了他的研究结果，他的公式受到欢迎，但他的能量者假说受到了冷遇。当时没有人相信他的假设。能量者假说的提出为古典物理学打开了间隙，奠定了量子物理学的基石，宣布了量子物理学的诞生。能源变化与几个世纪以来物理学界信奉的“自然不跳”原则直接相冲突，因此，自量子论出现以来，很多物理学家都不接受这一点。随着量子论的出现，物理系的早期反应极其冷淡。人们只承认与普朗克的那个实验一致的经验辐射公式，不承认他的理论量子假说。普朗克发现了能量源，但他无法理解这个发现的意义，对自己的发现产生了长期的不安。在发现能量者后长达14年的时间里，他总是想回到古典物理学的姿态。他边散步边对儿子说：“我现在做的事情没有意义，或者牛顿以后可能是物理学上最大的发现。”普朗克做量子假说的时候，已经过了40年了。他受过严格的古典物理训练，对古典物理很熟悉，很可爱。他不打算和古典物理学决裂，而是迫于事实的压力，不得不做出能量者的假设。他的能量者假说不完整，他的理论也是基于承认电磁波本身的连续性。他把自己的量子假说局限于振动子对电磁波的吸收和释放的特殊性。1905年爱因斯坦提出了光量子假说来解释光电子效应。1906年，他还将量子理论应用于固体的比热问题，取得了成功。1912年，玻意耳将量子理论引入原子结构理论，克服了经典理论解释原子稳定性的困难，建立了他的原子结构模型，实现了原子物理学的重大突破。1922年，康普顿通过实验，最终让物理学家确认光量子的真实情况，使量子理论在科学界得到普遍认可。面对量子论的发展和成功，科学界的批评，普朗克最终放弃了退步的立场。他在19