大学物理 15-1 黑体辐射 普朗克能量子假设优秀课件

1、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物理学第五版第五版1 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出，年普朗克首先提出，距今已有距今已有 100 多年的历史多年的历史. 其间，经过爱其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、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薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到力，到 20 20 世纪世纪 30 30 年代，就建立了一套年代，就建立了一套完整的量子力学理论完整的量子力学理论.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 1

2、5-1 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物理学第五版第五版2一一 热辐射热辐射1 热辐射的基本概念和基本定律热辐射的基本概念和基本定律 （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物理学第五版第五版3（2）辐射出射度辐射出射度 单位时间，单位面积上所辐射出

3、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物理学第五版第五版40 2 4 6 8 10 12Hz10/1421210468)/(128HzmW10TM太阳太阳)/(129HzmW10-TM钨丝钨丝K 800 5T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

4、能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版5（3 3）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，对任何波长的辐若物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸收比都射能的吸收比都等于等于1， 则称此则称此物体为黑体物体为黑体.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物理学第五版第五版60 1 000 2 0000.5 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区3 3 000000 K K6 6 000000 K Km黑黑体体单单色色辐辐出出度度的的实实验验曲曲线线1.0二二 黑体辐射的实验规律黑

5、体辐射的实验规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物理学第五版第五版71 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3 3 000000 K K6 6 000000 K Km0.5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物理学第五版第五版82

6、 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3 3 000000 K K6 6 000000 K Km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物理学第五版第五版9nm 890 9nm29310898.231mTb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

7、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物理学第五版第五版105412121076. 1)()()(TTTMTM（2）（3）由由斯特藩斯特藩 - - 玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律K 000 6K1048310898.293m2bT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

8、物理学第五版第五版11三三 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kTcTM222)( 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物理学第五版第五版12四四 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1ed2d)(/32kThchTM1 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式sJ1063.634h

9、普朗克常数普朗克常数第十五章第十五章 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物理学第五版第五版130 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物理学第五版第五版14 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

10、，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，即的能量是某一最小能量的整数倍，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), 3 , 2 , 1(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物理学第五版第五版15 （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 设一音叉尖端质量为设一音叉尖端质量为 0.050 kg ，将，将其频率调到其频率调到 ，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物理学第五版第五版16nhE 291013. 7hEn基元能量基元能量J1018.331h（2）mnhmEA222222nhE nmhA