大学物理课件：15-1 量子论的出现.pptVIP

第 十 五 章 量子力学基础 第二节 光电效应 o /μm 1 2 3 4 5 6 7 8 实验值 瑞利--金斯线 维恩线 普 朗 克 线 * * 基 本 要 求 1、理解普朗克能量子假设,理解爱因斯坦光子理论对有关实验规律的解释,并会做有关计算. 2、了解德布罗意的物质波假设。 3、了解实物粒子的波粒二象性。 §15 —1 量子论的出现 黑体辐射和普朗克能量子假说： 热辐射 —— 任何物体在任何温度下都在不断地向外发射各种波长的电磁波。 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 由于物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度，所以称为热辐射。 1400 K 800 K 1000 K 1200 K 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。 室温 高温 白底黑花瓷片 例如: 吸收 辐射 1、单色辐射出射度（单色辐出度）： 一定温度 T 下，物体单位面元在单位时间内，发射波长在 ? — ? + d? 内的辐射能 dM? 与波长间隔 d? 的比值。 T 平行光管 绝对黑体 三棱镜 平行光管 热电偶 实验装置 黑体单色辐出度按波长分布实验 2、总辐出度：物体 (温度T )单位表面在单位时间内发射的辐射能，为： 温度越高，辐出度越大。辐出度还与材料性质有关。 可见光 在热平衡时，任何物体的单色辐出度与单色吸收比的比值与该物体性质无关，对于所有物体，这个比值只是波长和温度的普适函数。 室温 高温 例如: 吸收 辐射 基尔霍夫热辐射定律： 1.黑体 黑体辐射实验规律 绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。 不透明的材料制成带小孔的的空腔, 小孔可近似看作黑体。 黑体模型 白天远看楼房窗口特别黑，入射光经墙壁多次吸收，很少再能射出窗口。 高温炉 灯丝 目镜 聚焦透镜 冶炼炉上开孔可以测量炉内温度。 光学高温计 —— 光测高温 炉内温度高 炉内温度低 温度相同 冶炼炉上开孔可以测量炉内温度。 因为一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑体。 又如：远处不点灯的建筑物，在白天时，窗户发黑： 而在夜晚，室内点灯： 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。 黑体辐射实验规律 实验曲线 0 1 2 3 4 5 绝对黑体的辐出度按波长分布曲线 1500K 1700K 1300K 1100K o /μm 1 2 3 4 5 6 7 8 实验值 黑体辐射实验曲线 黑体的辐出度与黑体的绝对温度四次方成正比： （1）斯特藩-玻耳兹曼定律： 根据实验得出黑体辐射的两条定律： 斯特藩常数 热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。 0 1 2 3 4 5 1300K 热辐射的功率随着温度的升高而迅速增加。 1700K 对于给定温度T，黑体单色辐出度 有一最大值,其对应波长为 。 热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。 （2）维恩位移定律： 热辐射的峰值波长随着温度的增加而向着短波方向移动。 0 1 2 3 4 5 1100K 1300K 1500K 1700K 2.经典物理的困难 普朗克能量子假设 问题：如何从理论上找到符合实验曲线的函数式? 维恩经验公式（从热力学出发）： 该公式与实验曲线短波处符合得很好，但在波长很长处与实验曲线相差较大。 o /μm 1 2 3 4 5 6 7 8 实验值 维恩线 该公式在短波处符合得很好，但在长波区相差较大。 瑞利--金斯经验公式（从电磁理论 和能量均分定理推导）： 这个公式在长波处与实验曲线比较相近。但在短波区，此公式 将出现随波长减小而趋向无穷大的荒谬结果，即“紫外灾难”。 o /μm 1 2 3 4 5 6 7 8 实验值 瑞利--金斯线 长波处与实验曲线相近 但短波区 “紫外灾难” 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。 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。 Plank 1918年 获诺贝尔物理奖 (1858—1947) 主要成就：1900年提出量子假