十量子物理基础市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第十二章 量子物理基础,1,理解描述热辐射几种物理量，掌握绝对黑体辐射两条试验规律。,2,理解普朗克提出“能量子”概念。,3,理解光电效应和康普顿效应试验规律，以及爱因斯坦光子理论对这两个效应解释。,4,理解光波粒二象性。,5,理解德布罗意提出物质波概念，理解实物粒子波粒二象性，记住德布罗意关系式。理解电子衍射试验。,6,理解测不拟定度关系式意义。,7,理解波函数概念及其统计解释，理解一位定态薛定谔方程。理解能量量子化概念。,8,理解描述原子中电子运动状态四个量子数。,一、基本要求,第1页,第1页,固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长电磁波，这种由于物体中分子、原子受到激发而发射电磁波现象称为热辐射。所辐射电磁波特性仅与温度相关。,12-1 热辐射 普朗克量子假设,固体在温度升高时颜色改变,1400,K,物体辐射总能量及能量按波长分布都决定于温度。,800,K,1000,K,1200,K,一、热辐射现象,第2页,第2页,二、基尔霍夫辐射定律,单色辐出度 与物体温度和辐射波长相关。,1.单色辐出度：,单位时间内，温度为,T,物体单位面积上发射波长在 到 范围内辐射能量 与波长间隔 比值，用 表示。,2.辐射出射度:,单位时间内，从物体单位面积上所发射各种波长总辐射能，称为物体辐射出射度，简称辐出度。,辐出度只是物体温度函数。,第3页,第3页,单色吸取比和单色反射比:,被物体吸取能量与入射能量之比称为吸取比,在波长 到 范围内吸取比称为单色吸取比,用 表示;反射能量与入射能量之比称为反射比,波长 到 范围内反射比称为单色反射比,用 表示。,3.绝对黑体:,若物体在任何温度下,对任何波长辐射能吸取比都等于1,则称该物体为绝对黑体,简称黑体。,基尔霍夫辐射定律:在一样温度下,各种不同物体对相同波长单色辐出度与单色吸取比之比值都相等,并等于该温度下黑体对同一波长单色辐出度。,即,好吸取体也是好辐射体,。,第4页,第4页,三、黑体辐射试验规律,不透明材料制成带小孔空腔,可近似看作,黑体,。,黑体模型,研究黑体辐射规律是理解普通物体热辐射性质基础。,P,L,2,B,2,A,L,1,B,1,C,测定黑体辐出度试验简图,A为黑体,B,1,PB,2,为分光系统,C为热电偶,第5页,第5页,1700K,1500K,1300K,1100K,0 1 2 3 4 5,绝对黑体辐出度按波长分布曲线,试验曲线,黑体辐出度与黑体绝对温度四次方成正比：,依据试验得出黑体辐射两条定律：,热辐射功率伴随温度升高而快速增长。,斯特藩常数,（1）斯特藩-玻耳兹曼定律,第6页,第6页,对于给定温度,T,，黑体单色辐出度 有一最大值,其相应波长为,。,热辐射峰值波长伴随温度增长而向着短波方向移动。,（2）维恩位移定律,第7页,第7页,例题1,试验测得太阳辐射波谱 ，若把太阳视为黑体，试计算（1）太阳每单位表面积上所发射功率，（2）地球表面阳光直射单位面积上接受到辐射功率，（3）地球每秒内接受太阳辐射能。（已知太阳半径R,S,=6.9610,8,m,地球半径R,E,=6。3710,6,m,地球到太阳距离d=1.49610,11,m.),解,依据维恩位移定律,依据斯特藩-玻尔滋蔓定律可求出辐出度，即单位表面积上发射功率,太阳辐射总功率,第8页,第8页,这功率分布在以太阳为中心、以日地距离为半径球面上，故地球表面单位面积接受到辐射功率,由于地球到太阳距离远不小于地球半径，可将地球当作半径为,R,E,圆盘，故地球接受到太阳辐射能功率,第9页,第9页,维恩经验公式,问题：如何从理论上找到符合试验曲线函数式,四、普朗克量子假设,这个公式与试验曲线波长短处符合得较好，但在波长很长处与试验曲线相差较大。,瑞利-金斯经验公式,这个公式在波长很长处与试验曲线比较相近，但在短波区，按此公式，将随波长趋向于零而趋向无穷大荒唐结果，即“,紫外劫难,”。,维恩公式和瑞利-金斯公式都是用典型物理学办法来研究热辐射所得结果，都与试验结果不符，明显地暴露了典型物理学缺点。黑体辐射试验是物理学晴朗天空中,一朵令人不安乌云。,第10页,第10页,为了处理上述困难，普朗克利用内插法将适合用于短波维恩公式和适合用于长波瑞利-金斯公式衔接 起来，提出了一个新公式：,普朗克常数,这一公式称为,普朗克公式。,它与试验结果符合得较好。,o,试验值,/,m,维恩线,瑞利-金斯线,紫,外,灾,难,普,朗,克,线,1,2,3,4,5,6,7,8,第11页,第11页,普朗克公式还能够用频率表示为：,普朗克得到上述公式后意识到，假如仅仅是一个侥幸揣测出来内插公式，其价值只能是有限。必须寻找这个公式理论依据。他通过进一步研究后发觉：必须使谐振子能量取分立值，才干得到上述普朗克公式。,能量子假说：,辐射黑体分子、原子振动可看作谐振子，这些谐振子能够发射和吸取辐射能。但是这些谐振子只能处于一些分立状态，在这些状态中，谐振子能量并不象典型物理学所允许可含有任意值。相应能量是某一最小能量（称为能量子）整数倍，即：,1,2,3,.,n,.,n,为正整数，称为,量子数,。,对于频率为,谐振子最小能量为,典型,第12页,第12页,振子在辐射或吸取能量时，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典型电动力学理论，得到黑体单色辐出度，即普朗克公式。,能量子概念是非常新奇，它冲破了老式概念，揭示了微观世界中一个主要规律，开创了物理学一个全新领域。由于普朗克发觉了能量子，对建立量子理论作出了卓越奉献，获19诺贝尔物理学奖。,第13页,第13页,例2,试从普朗克公式推导斯特藩-玻尔兹曼定律及维恩位移定律。,解：,在普朗克公式中，为简便起见，引入,则,黑体总辐出度：,其中：,普朗克公式可改写为：,第14页,第14页,由分部积分法可计算：,因此,可见由普朗克公式能够推导出斯特藩-玻尔兹曼定律。,第15页,第15页,为了求出最大辐射值相应波长 ，能够由普朗克公式得到 满足：,经整理得到,令,有,这个方程通过迭代法解得,即,可见,由普朗克公式可推导得出维恩位移定律,。,第16页,第16页,