普朗克黑体辐射理论 原子结构和波粒二象性 第三册第四章

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普朗克黑体辐射理论

物理学研究的内容物理学是研究物质运动的最一般规律和物质基本结构的科学原子物理学主要研究介于分子和原子核两层次之间物质结构和规律的学科。原子物理学发展的大事记1806法国普鲁斯脱发现化合物分子的定组成定律1807英国道尔顿倍比定律，提出原子论1808法国盖·吕萨克气体化合体积成正比1811意大利，阿伏伽德罗提出阿伏伽德罗假说1826英国，布朗观察到布朗运动1833英国，法拉第提出电解定律1869俄国，门捷列夫提出元素周期表“假如在一次浩劫中所有的科学知识都被摧毁，只剩下一句话留给后代。什么样的语句能用最少的词汇包含最多的信息呢？我相信，这就是原子假说。”1895、1896、1897X射线、放射性及电子三大发现卢瑟福提出原子核式模型玻尔原子的量子理论原子论V.S.唯能论1807道尔顿提出原子论19世纪前中期克劳修斯，麦克斯韦，玻尔兹曼建立“分子运动论”1870’马赫,奥斯特瓦尔德,反对原子论，提出唯能论，《化学原理》1905《化学原理》英文版1906玻尔兹曼逝世（H定理）1908布朗运动三实验证实原子论

《化学大纲》承认原子说1.黑体与黑体辐射

背景知识1800年，天文学家赫歇尔(Herschel)用滤色片观察太阳光透过的热效应时发现，在红外区有一种产生明显热效应的辐射，从而发现了红外线。第二年，里特和沃拉斯顿发现了紫外辐射。1821年，塞贝克发现温差电并用于测量温度。1830年诺比利发明了热辐射测量仪。还有许多物理学家对热辐射的性质、辐射能量与辐射源的关系、辐射能量按波长的分布曲线等进行了大量研究，并逐渐认识到光谱、热辐射、光辐射是统一的。1881年，美国人兰利(Langley)发明了热辐射计，可以很灵敏的测量辐射能量，并测出能量随波长变化的曲线，如图，从曲线可以很明显的看到能量最大值随温度的增高向短波方向转移。2.黑体辐射的实验规律

19世纪末20世纪初，科学家在用经典理论解释热辐射问题时也遇到困难，经典理论因此受到严峻的挑战。1896年，德国物理学家维恩通过半理论半经验的方法，得到一个辐射能量分布公式：这个公式只在短波区、温度较低时和实验结果符合，而在长波区不符。1900年6月，瑞利提出了瑞利-金斯辐射定律，但是，这一公式却只有在长波区和实验结果符合，而在短波区不符。由于辐射能量与频率ν的平方成正比，因此当波长接近紫外时，能量为无限大!即在紫色端发散。这一结果后来被埃伦菲斯特(P.Ehrenfest)称为“紫外灾难”。普朗克将代表短波方向的维恩公式和代表长波方向的实验结果结合在一起，得到普朗克辐射定律。Ml维恩线瑞利－金斯线普朗克线实验结果3.能量子

普朗克量子假说辐射黑体中分子和原子的振动可视为线性谐振子，这些线性谐振子可以发射和吸收辐射能。这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态下，谐振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量

的整数倍。能量不连续，只能取某一最小能量的整数倍!!!!!h=6.65×10-34焦耳·秒普朗克的能量子假说，对能量连续的观点形成了严重冲击，人们只承认普朗克公式，却不接受他的能量子假说。就连普朗克本人也不能正确理解能量子的物理意义。对此，他的心情非常矛盾，一方面直觉告诉他：这个发现不同寻常，另一方面他又总想回到经典理论的立场上去。他说：“在将作用量子h引入理论时，应当尽可能保守从事；这就是说，除非业已