大學(xué)物理黑體輻射普朗克能量子假設(shè)PPT文檔資料

1、第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出，年普朗克首先提出，距今已有距今已有 100 多年的歷史多年的歷史. 其間，經(jīng)過(guò)愛(ài)其間，經(jīng)過(guò)愛(ài)因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到力，到 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 30 30 年代，就建立了一套年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論完整的量子力學(xué)理論.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 1

2、5-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2一一 熱輻射熱輻射1 熱輻射的基本概念和基本定律熱輻射的基本概念和基本定律 （1）單色輻射出射度單色輻射出射度 單位時(shí)間內(nèi)從物單位時(shí)間內(nèi)從物體單位表面積發(fā)出的頻率在體單位表面積發(fā)出的頻率在 附近單位頻率附近單位頻率區(qū)間內(nèi)的電磁波的能量區(qū)間內(nèi)的電磁波的能量.單位：?jiǎn)挝唬?(tm3mw- -單位：?jiǎn)挝唬?2hzmw- - -)(tm第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3（2）輻射出射度輻射出射度 單位時(shí)間，單位面積上所輻射出

3、的各種單位時(shí)間，單位面積上所輻射出的各種頻率（或各種波長(zhǎng)）的電磁波的能量總和頻率（或各種波長(zhǎng)）的電磁波的能量總和.0d)()(tmtm0d)()(tmtm第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版40 2 4 6 8 10 12hz10/1421210468)/(128hzmw10tm太陽(yáng)太陽(yáng))/(129hzmw10-tm鎢絲鎢絲k 800 5t可見(jiàn)可見(jiàn)光區(qū)光區(qū) 太陽(yáng)太陽(yáng) 鎢絲鎢絲鎢絲和太陽(yáng)的單色輻出度曲線鎢絲和太陽(yáng)的單色輻出度曲線第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克

4、能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版5（3 3）黑體）黑體 黑體是理想黑體是理想模型模型 若物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻若物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射能的吸收比都射能的吸收比都等于等于1， 則稱此則稱此物體為黑體物體為黑體.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版60 1 000 2 0000.5 )mw10/()(314tmnm/可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)3 3 000000 k k6 6 000000 k km黑黑體體單單色色輻輻出出度度的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)曲曲線線1.0二二 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律黑

5、體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版71 斯特藩斯特藩 - - 玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律40d)()(ttmtm428km w10670. 5斯特藩斯特藩 - - 玻耳茲曼常量玻耳茲曼常量總輻出度總輻出度式中式中0 1 000 2 0001.0 )mw10/()(314tmnm/可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)3 3 000000 k k6 6 000000 k km0.5第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版82

6、 維恩位移定律維恩位移定律bt mkm 10898. 23b常量常量 峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)0 1 000 2 0001.0 )mw10/()(314tmnm/可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)3 3 000000 k k6 6 000000 k km第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版9nm 890 9nm29310898.231mtb解解 （1）由維恩位移定律由維恩位移定律 例例1（1）溫度為溫度為 的黑體，其單色輻的黑體，其單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？( (2) )太陽(yáng)的太陽(yáng)的單色輻

7、出度的峰值波長(zhǎng)單色輻出度的峰值波長(zhǎng) ，試由，試由此估算太陽(yáng)表面的溫度此估算太陽(yáng)表面的溫度.（3）以上兩輻出度以上兩輻出度之比為多少？之比為多少？ c20nm 483m第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版105412121076. 1)()()(tttmtm（2）（3）由由斯特藩斯特藩 - - 玻耳茲曼定律玻耳茲曼定律k 000 6k1048310898.293m2bt由維恩位移定律由維恩位移定律第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)

8、物理學(xué)第五版第五版11三三 瑞利瑞利 - 金斯公式金斯公式 經(jīng)典物理的困難經(jīng)典物理的困難)hzmw10/()(-1-29tm0 1 2 3 6hz10/142 4瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式ktctm222)( 瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線*t = 2 000 k第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版12四四 普朗克假設(shè)普朗克假設(shè) 普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式1ed2d)(/32kthchtm1 普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式sj1063.634h

9、普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版130 1 2 3 6hz 10/14)hzmw10/()(1-29tm瑞利瑞利 - - 金斯公式金斯公式2 4普朗克公式的理論曲線普朗克公式的理論曲線實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值*實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)值值與與普普朗朗克克公公式式理理論論曲曲線線比比較較t = 2 000 k第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版14 黑體中的分子、原子的振動(dòng)可看作諧振黑體中的分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子

10、，這些諧振子的能量狀態(tài)是分立的，相應(yīng)子，這些諧振子的能量狀態(tài)是分立的，相應(yīng)的能量是某一最小能量的整數(shù)倍，即的能量是某一最小能量的整數(shù)倍，即 ，2 ，3 ， n , 稱為能量子，稱為能量子，n 為量子數(shù)為量子數(shù).2 普朗克量子假設(shè)普朗克量子假設(shè)), 3 , 2 , 1(nnh 普朗克量子假設(shè)是量子力學(xué)的里程碑普朗克量子假設(shè)是量子力學(xué)的里程碑. 第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版15 （2）當(dāng)量子數(shù)由當(dāng)量子數(shù)由 增加到增加到 時(shí)，振時(shí)，振幅的變化是多少？幅的變化是多少？n1n 例例2 設(shè)一音叉尖端質(zhì)量為設(shè)一音叉尖端質(zhì)量為 0.050 kg ，將，將其頻率調(diào)到其頻率調(diào)到 ，振幅，振幅 .求求mm 0 . 1ahz 480（1）尖端振動(dòng)的量子數(shù)；尖端振動(dòng)的量子數(shù)； 解解（1）j 227. 0)2(21212222amame第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑體輻射黑體輻射 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè)物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版16nhe 291013. 7hen基元能量基元能量j1018.331h（2）mnhmea222222nhe nmha