第十九章-黑体辐射

1、19-1普朗克黑体辐射的能量假说19-2光电效应的波粒二象性19-3康普顿效应19-4氢原子的玻尔理论19-5德布罗意波的实粒子二象性，第19章量子物理学，19-6薛定谔方程和应用简表例19-7氢原子的量子力学处理19-8电子自旋，在本世纪(。发生了三次概念革命，深刻地改变了人们对物理世界的理解，即狭义相对论(1905)、广义相对论(1916)和量子力学(1925)。杨振宁，一个被经典物理学(1819世纪)用来描述宏观世界运动发展规律的定量理论：牛顿力学、热力学、经典统计力学、经典电磁理论已经完全建立，物理学的建立也已经完成。未来物理学家的任务是装饰和完善这座建筑。是否自然界的所有现象都可以用

2、经典物理学来解释，开尔文，19世纪末20世纪初的一些新的物理实验对经典物理学产生了强烈的影响。以太理论、黑体辐射光谱、经典物理学都不能解释这些新的物理现象，用经典理论解释黑体辐射现象的失败(1896-1900)，迈克尔逊-莫雷实验设计寻找绝对参考系，观察结果否定绝对参考系的存在(1887)，现代物理学的建立(20世纪)，迈克尔逊-莫雷实验黑体辐射实验，相对论量子普朗克首次提出能量论假说并成功解释了黑体辐射现象(1900)， 爱因斯坦的光子理论成功地解释了光电效应现象(1905)，康普顿散射进一步证实了光的粒子性质(1923)，德布罗意提出了物理粒子的波粒二象性假说(1924)，玻尔利用量子化概

3、念建立了氢原子模型，成功地解释了氢原子的光谱(1913)，薛定谔提出的薛定谔方程建立了量子力学的波动力学(1926)，海森堡等人建立了量子力学的矩阵力学(1925)，建立了早期的量子理论，并建立了本章的主要教学内容是：量子理论的基本概念，量子力学解决问题的基本思想和方法，物体的特征：1)微观物体：线性小，活动范围小，米，2)除了粒子性质外还有明显的涨落，3)粒子的能量角动量等物理量的离散值量子化完全脱离了经典物理学的模式，新理论是在原有理论的基础上发展起来的。 因此，在极端情况下，它可以回到原来的理论，19-1普朗克黑体辐射能量子假设，一个物体的温度上升时颜色会发生变化直觉：低温物体发出红外光

4、，高温物体发出可见光，高温物体发出紫外光。 红外相机拍摄的人头热图显示，热的地方是白色，冷的地方是黑色。英国的“风筝”单兵武器微光瞄准器用在SA80 5.56毫米炮上。体重不超过1公斤，在微弱的月光下观察距离为600米，在星光下为400米。任何物体在任何温度下都有热辐射。热辐射光谱是具有不同波长(频率)但不同强度的连续光谱。热辐射强度随波长(频率)的分布与温度有关，波长较短的电磁波比例较低。钢水，1。热辐射的特性，2。描述热辐射的基本物理量，或根据频率、单色辐射率、辐射率、单色吸收率和单色反射率定义温度为：的物体在单位时间内从单位表面发出的单位频率间隔内的辐射能，1)单色辐射率(单色发射功率)

5、，指温度为t的物体在单位时间内单位波长间隔内从单位表面发出的辐射能。 (每单位时间)、或(2)发射度(辐射发射的总发射功率)，温度为T的物体每单位时间从单位面积辐射的各种波长的总辐射能量用M(T)表示。、M (M)取决于t、()、材料类型和表面条件，3)单色吸收率(比率)和单色反射率(比率)，(不包括透射率)，对于不透明物体：2。平衡热辐射，讨论平衡热辐射的规律。黑体，在任何温度下，对于任何波长下热辐射吸收率为1的物体，3。黑体辐射的实验定律，当物体辐射和吸收的能量完全相等时，物体达到热平衡。此时，物体的温度是恒定平衡热辐射，物体在该间隔内吸收和反射的辐射能量与该间隔内总入射能量之比分别称为单

6、色吸收率和单色反射率。黑色模型：黑色模型-理想模型中的对象总是小于1。黑体模型一个有小孔的不透明空腔可以近似视为一个理想的黑体。黑体只有=1，不一定是黑色的(比如太阳)，但只有当它自身的热辐射很弱时，它看起来才是黑色的。2.基尔霍夫定律(1859)，2。基尔霍夫定律(1859)，它表明：1)一个好的散热器也是一个好的吸收器；3)如果m已知，在平衡热辐射时，有：黑体的单色辐射和吸收率(等于1)；2)黑体是一个完整的吸收器，所以它也是一个理想的辐射器。确定黑体的单色辐射已经成为研究热辐射的中心问题。两张黑白盘子的照片，室温下，反射光，110万，自身发光，有些人喜欢在夏天穿黑色，这是令人费解的吗？人

7、造卫星表面的辐射保护层(高反射率材料)，为什么？你能用基尔霍夫定律解释下列现象吗？3.黑体辐射的实验规律。黑体辐射测量实验装置在加热黑体时会发出热辐射。黑体辐射的光谱可以通过光栅获得。黑体辐射的单色辐射可以通过热电偶获得。黑体的发射率(总发射功率)与绝对温度的关系如下：物理意义：对于黑体来说，温度越高，发射率M (T)越大，并且随着T(1)的增加而迅速增加。实验定律之一斯特凡-玻尔兹曼定律，曲线与水平轴之间的面积为M(T)，黑体辐射曲线在不同温度下；2)实验定律2维恩位移定律，b称为维恩常数，当黑体温度T，M(T)曲线时，峰值波长M向短波方向移动。注意，或者，例如，太阳可以被视为一个黑体，它在

8、地球上测量的峰值波长是m=510nm纳米，它的表面温度和辐射度是多少？从维恩位移定律，解决方案：从斯特凡-玻尔兹曼定律，应用：表面温度的估计，4。经典物理中遇到的困难，如何在理论上找到一个符合黑体辐射实验的函数公式？1896年，维恩从经典热力学和统计理论的分析中获得了实验数据，1。维恩公式，短波方向与实验吻合良好，2。瑞利-金斯公式是从1900年的经典电动力学和统计物理理论中推导出来的，长波方向与实验符合得很好，导致了灾难性的结论，“紫外灾难”是经典物理中的难题，c是真空中的光速，比较黑体热辐射的理论和实验结果，M，瑞利公式，维恩公式，实验曲线，以及由经典理论推导出的M (T)公式都与实验结果

9、不一致！(短波巧合更好)，(长波巧合更好)，物理学的晴空乌云！1900年10月7日，实验物理学家鲁本斯向普朗克提供了比较热辐射理论和实验的信息。那天晚上，普朗克得出了一个公式黑体辐射公式，5。普朗克黑体辐射公式和能量假设，1。普朗克黑体辐射公式，是普朗克在1900年10月19日德国物理学会会议上提出的。鲁本斯将这种“幸运猜想插值公式”与最新的实验结果进行了比较，发现它在整个波段上与实验结果惊人地一致，(短波趋于维恩，长波趋于瑞利)，(1900)，普朗克公式与实验结果进行了比较，m，瑞利帕金斯公式，2。普朗克能量假说，基本物理思想：当线性谐振子振动时，辐射黑体中的分子原子可以被视为辐射能量(或吸收能量)。当物体发射或吸收电磁辐射时，能量交换的最小单位是谐振子的能量是不连续的，即物体只能以“量子”的形式发射或吸收电磁辐射，e只能是：的整数倍，n=1，2，普朗克黑体