7.2-经典辐射定律-7.3普朗克辐射公式.pptVIP

第7章　光的量子性 主讲人：付丽萍 主要内容 7.2 经典辐射定律 7.3 普朗克辐射公式 能量子 7.4 光电效应 7.5 爱因斯坦的量子解释 7.6 康普顿效应 7.8 波粒二象性 1、热辐射--物体处于一定温度的热平衡状态下的辐射。 辐射的电磁波能量按波长的分布随温度而不同。 2、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。 为了研究热辐射规律，必须寻找一种理想的辐射体。这种理想的辐射体就是黑体。 　研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。因为黑体的单色幅出度仅与波长和温度有关，与材料，表面情况无关。它反映了辐射本身的规律。 经典理论的基本观点： （1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。 二. 普朗克黑体辐射公式 　根据玻尔兹曼分布，一个振子在一定温度T时，处于能量为 E = nE0 的一个状态的概率正比于 　　，每个振子的平均能量为 三、讨 论 1、对于长波（瑞利－金斯公式） ⒊ 求曲线下的总面积可以得到斯忒藩-玻尔兹曼定 4、求峰值的波长可以得到维恩位移定律； 5、 普朗克公式推导中仍然利用了经典的玻耳兹曼分布律，以后的玻色-爱因斯坦应用量子统计推导比这更完善。 黑体的经典辐射定律及其困难：在长波区，理 论与实验曲线符合得很好。但随着频率增大 或波长减小，理论与实验的差距越来越大。当 波长λ趋于 0 时，能量趋于无穷大。这显然是 荒谬的。这就称为发散困难或紫外困难。 经典理论在短波段的失败—发散困难： “紫外灾难” o 实验值 /μm 维恩线 瑞利--金斯线 紫 外 灾 难 普 朗 克 线 1 2 3 4 5 6 7 8 （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。 维恩公式和瑞利-金斯公式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结果，都与实验结果不符，明显地暴露了经典物理学的缺陷。黑体辐射实验是物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。 为了解决上述困难，普朗克提出了一个著名的能量子假设。 7.3 普朗克辐射公式 普朗克在能量子假说的基础上，利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利-金斯公式衔接起来， 提出并确立了一个新的公式： 普朗克常数 这一公式称为普朗克公式。它与实验结果符合得好 ！ 参见上图。 普朗克公式还可以用频率表示为： 普朗克得到上述公式后意识到，如果仅仅是一个侥幸揣测出来的内插公式，其价值只能是有限的。必须寻找这个公式的理论根据。他经过深入研究后发现：必须使谐振子的能量取分立值，才能得到上述普朗克公式。 能量子假说： 1.辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。 2.这些谐振子的能量不能连续变化（象经典物理学所允许的可具有任意值）。只能取一些分立值，这些分立值是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：1ε, 2ε, 3ε, ... nε。n为正整数,称为量子数。 频率为ν的谐振子最小能量为： 能量 量子 经典 振子在辐射或吸收能量时，从一个状态跃迁到另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克由玻尔兹曼分布律和经典电动力学理论，得到黑体的单色辐出度，即普朗克公式。 能量子的概念是非常新奇的，它冲破了传统的概念，揭示了微观世界中一个重要规律，开创了物理学的一个全新领域。由于普朗克发现了能量子，对建立量子理论作出了卓越贡献，获1918年诺贝尔物理学奖。 普朗克（1858 — 1947） 德国理论物理学家，量子论的 奠基人. 1900年他在德国物理学 会上，宣读了以《关于正常光谱 中能量分布定律的理论》为题的 论文. 劳厄称这一 天是“量子论的 诞生日”.量子论 和相对论构成了近代物理学的研究 基础. 2、对于短波（维恩公式） * * * 从经典物理到现代物理概述 ? 物理学的分支 物理学 经典物理 现代物理 力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子论 非线性 时间 t 关 键 概 念 的 发 展 力学 电磁学 热