第十五章1-2黑体,光电(无答).pptVIP

第十九章 教学基本要求 * 教学基本要求 一、了解热辐射的两条实验定律：斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移定律，以及经典物理理论在说明热辐射的能量按频率分布曲线时所遇到的困难. 理解普朗克量子假设. 二 、了解经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的困难. 理解爱因斯坦光子假设，掌握爱因斯坦方程.理解光的波粒二象性. 三、理解康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对这个效应的解释. 理解光的波粒二象性 四、了解德布罗意假设及电子衍射实验. 了解实物粒子的波粒二象性. 五 了解一维坐标动量不确定关系 . 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. 量子物理 宏观领域 经典物理 现代物理的理论基础 量子物理相 对 论 量子物理 微观世界的理论 起源于对波粒二象性的认识 15 – 1 黑体辐射 普朗克能量子假设 能量是连续的 能量子 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波长的电磁波， 由于物体中分子、原子受到热激发而发射电磁波辐射的现象。 特点： ①物体逐渐加热，温度升高，物体颜色由暗淡变红变黄变白、青白。物体辐射能量升高。 ②物体既向外辐射能量，同时也吸收能量。 ③辐射与吸收平衡，物体温度不变化而处于热平衡，称为平衡热辐射。 实验表明 辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强. （2）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） 1 单色辐出度 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 ）的电磁波的能量 . 单色辐出度: 热辐射的描述 0 2 4 6 8 10 12 太阳的单色辐出度曲线 2 12 10 4 6 8 太阳 可见光区 太阳 （5800K） （2）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（波长）的电磁波的能量总和. 测量黑体辐射出射度实验装置 会聚透镜 空腔 小孔 平行光管 棱镜 热电偶 S是可当作黑体的小孔，不同波长的电磁波经棱镜后以不同的方向射出，经透镜会聚在探测器C上，可得单色辐出度Mλ(T) 与波长（频率）的关系 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 0 1000 2000 1.0 0.5 可见光区 3000K 6000K 黑体的辐出度与温度的四次方成正比。 能谱分布曲线的峰值对应的波长 ? m与温度 T的乘积为一常数。 热辐射峰值波长随温度增加而向短波方向移动。 图示：温度越高,λm越小 说明： ①热辐射的量值随着温度升高而迅速增加。热辐射峰值波长随温度增加而向短波方向（高频方向）移动。 ②?可以解释热辐射现象： T升高，颜色由暗淡向青白变化。 现代科学技术应用很广：如测温度，遥感，红外追踪等。 测量行星表面温度。 斯特藩—玻尔兹曼定律: 维恩位移定律: 例1 （1）温度为室温 的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）太阳光谱单色辐出度的峰值所对应的波长约为483nm，其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？ 解 （2）取 （1）由维恩位移定律 （3）由斯特藩—玻尔兹曼定律 三 黑体辐射的瑞利—金斯公式 经典物理的困难 0 1 2 3 6 1 2 3 4 5 瑞利 - 金斯公式 实验曲线 * * * * * * * * * * * * * * * * 瑞利 - 金斯公式 在长波段与实验符合较好，但在短波段（紫外区）出现发散，称为“紫外灾难”。 经典理论的基本观点： （1）电磁辐射来源于空腔壁电子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。 （2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。 （3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。 四 普朗克假设 普朗克黑体辐射公式 普朗克常量 普朗克认为：金属空腔壁中电子吸收或者发射电磁辐射能量时，不是连续的，而是以与振子的频率成正比的能量子 为基本单元的. 普朗克黑体辐射公式 空腔壁上的带电谐振子吸收或发射能量应为 能量子的能量 0 1 2 3 6 瑞利 - 金斯公式 1 2 3 4 5 普朗克公式的理论曲线 实验值 *