32第三十二講量子物理基礎(chǔ)ppt課件

1、21 21 量子物理基礎(chǔ)量子物理基礎(chǔ)作業(yè)：練習(xí)作業(yè)：練習(xí)37 37 普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè): 牛頓力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)，統(tǒng)稱經(jīng)典物牛頓力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)，統(tǒng)稱經(jīng)典物理學(xué)。理學(xué)。 經(jīng)典物理學(xué)研究的是宏觀領(lǐng)域的物理現(xiàn)象。經(jīng)典物理學(xué)研究的是宏觀領(lǐng)域的物理現(xiàn)象。 經(jīng)典物理學(xué)雖然在宏觀領(lǐng)域取得了巨大的成功，經(jīng)典物理學(xué)雖然在宏觀領(lǐng)域取得了巨大的成功，但有它的局限性。但有它的局限性。 相對(duì)論指出了經(jīng)典物理學(xué)的第一個(gè)局限性相對(duì)論指出了經(jīng)典物理學(xué)的第一個(gè)局限性不適用高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。不適用高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域。 量子物理學(xué)指出了經(jīng)典物理學(xué)的第二個(gè)局限量子物理學(xué)指出了經(jīng)典物理學(xué)的第二個(gè)局限性性不適用于電子

2、、原子、分子等微觀領(lǐng)域。不適用于電子、原子、分子等微觀領(lǐng)域。 : 20 20世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)許多物理實(shí)世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)許多物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法用經(jīng)典理論給予解釋，如驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法用經(jīng)典理論給予解釋，如黑體輻射，光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)及黑體輻射，光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)及氫原子光譜等。氫原子光譜等。 為了解釋這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律，必須建為了解釋這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律，必須建立新的理論，即量子理論物理）。立新的理論，即量子理論物理）。:1900年，年， 普朗克為了解決普朗克為了解決經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難，引入了能量子（難，引入了能量子（ Quantum of Energy的概念，為量子理論的概

3、念，為量子理論奠定了基礎(chǔ)。奠定了基礎(chǔ)。隨后，愛因斯坦針對(duì)經(jīng)典理隨后，愛因斯坦針對(duì)經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)的困難，提出了論解釋光電效應(yīng)的困難，提出了光量子（光量子（ Light Quantum ） 的的假設(shè)，為量子理論的進(jìn)一步發(fā)展假設(shè)，為量子理論的進(jìn)一步發(fā)展打開局面。打開局面。:1913年，玻爾在盧瑟福原子有核年，玻爾在盧瑟福原子有核模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用量子化的概念解模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用量子化的概念解釋了氫原子光譜，為量子力學(xué)的建立釋了氫原子光譜，為量子力學(xué)的建立打下了基礎(chǔ)。打下了基礎(chǔ)。以后，玻爾、索末菲和其他許多以后，玻爾、索末菲和其他許多物理學(xué)家為發(fā)展量子理論花了很大力物理學(xué)家為發(fā)展量子理論花了很大

4、力氣，卻遇到了嚴(yán)重困難。要從根本上氣，卻遇到了嚴(yán)重困難。要從根本上解決問(wèn)題，只有待于新的思想，那就解決問(wèn)題，只有待于新的思想，那就是是 “波粒二象性波粒二象性”。:光的波粒二象性早在光的波粒二象性早在1905年就已由愛因斯坦提年就已由愛因斯坦提出，并于出，并于1916年和年和1923年先后得到密立根光電效應(yīng)年先后得到密立根光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和康普頓實(shí)驗(yàn)和康普頓 X射線散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，而實(shí)物粒子的射線散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，而實(shí)物粒子的波粒二象性在波粒二象性在1924年才由德布羅意提出。年才由德布羅意提出。:這以后經(jīng)過(guò)海這以后經(jīng)過(guò)海森伯、薛定諤、玻森伯、薛定諤、玻恩和狄拉克等人的恩和狄拉克等人的開創(chuàng)性工作，終于開

5、創(chuàng)性工作，終于在在1925年年1928年形年形成完整的量子力學(xué)成完整的量子力學(xué)理論，與愛因斯坦理論，與愛因斯坦相對(duì)論并肩形成現(xiàn)相對(duì)論并肩形成現(xiàn)代物理學(xué)的兩大理代物理學(xué)的兩大理論支柱。論支柱。:經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)量子力學(xué)量子力學(xué) 量子世界的大門是在黑體輻射問(wèn)題的研究中開啟的。量子世界的大門是在黑體輻射問(wèn)題的研究中開啟的。 微觀粒子如電子、微觀粒子如電子、原子、分子等）。原子、分子等）。波粒二象性波粒二象性研究對(duì)象：研究對(duì)象： 低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體提出：提出：相對(duì)論和量子物理學(xué)統(tǒng)稱近代物理學(xué)。相對(duì)論和量子物理學(xué)統(tǒng)稱近代物理學(xué)。相對(duì)論相對(duì)論高速運(yùn)動(dòng)的物體高速運(yùn)動(dòng)的物體研究對(duì)象：研究對(duì)象

6、：研究對(duì)象：研究對(duì)象：:開始看不出它發(fā)光。隨著溫開始看不出它發(fā)光。隨著溫度的升高，鐵塊開始呈現(xiàn)暗紅色，逐步變?yōu)槌嗉t、度的升高，鐵塊開始呈現(xiàn)暗紅色，逐步變?yōu)槌嗉t、橙色，最后呈現(xiàn)出黃白色。橙色，最后呈現(xiàn)出黃白色。1400 K800K1000 K1200 K這說(shuō)明，在不同的溫度下物體能發(fā)出不同波這說(shuō)明，在不同的溫度下物體能發(fā)出不同波長(zhǎng)的電磁波。長(zhǎng)的電磁波。事實(shí)上，在任何溫度下，物體都向外發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波。只是在不同事實(shí)上，在任何溫度下，物體都向外發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波。只是在不同的溫度下所發(fā)出的各種波長(zhǎng)電磁波的能量按波長(zhǎng)的分布不同，所以才表現(xiàn)為不的溫度下所發(fā)出的各種波長(zhǎng)電磁波的能量按波長(zhǎng)的分布不同

7、，所以才表現(xiàn)為不同的顏色。同的顏色。21.1 21.1 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):物體在任何溫度下，由于物體中的分子、原物體在任何溫度下，由于物體中的分子、原子熱運(yùn)動(dòng)而要向外發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波的現(xiàn)象，子熱運(yùn)動(dòng)而要向外發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波的現(xiàn)象，稱為熱輻射。稱為熱輻射。 物體以電磁波的形式向外輻射出去的能量，物體以電磁波的形式向外輻射出去的能量，稱為輻射能。稱為輻射能。 對(duì)某一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，物體向外界發(fā)射電磁對(duì)某一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，物體向外界發(fā)射電磁波的同時(shí)，也吸收外來(lái)電磁波，發(fā)射本領(lǐng)越大，波的同時(shí)，也吸收外來(lái)電磁波，發(fā)射本領(lǐng)越大，吸收本領(lǐng)也越大。吸收本領(lǐng)也越大。 不同物體在

8、某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射和吸收不同物體在某一波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射和吸收電磁波的能力是不同的。如深色物體比淺色電磁波的能力是不同的。如深色物體比淺色物體吸收或發(fā)射電磁波的能力更大一些。物體吸收或發(fā)射電磁波的能力更大一些。:1、光譜輻射出射度單色輻射出射度）、光譜輻射出射度單色輻射出射度） M （T） 熱輻射所研究的問(wèn)題是：熱輻射所研究的問(wèn)題是： 輻射能按波長(zhǎng)的分布；以及這種分布與溫度的關(guān)系。輻射能按波長(zhǎng)的分布；以及這種分布與溫度的關(guān)系。物體輻射能的大?。何矬w輻射能的大?。狠椛涞牟ㄩL(zhǎng)輻射的波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：物體的溫度物體的溫度T T）輻射的時(shí)間輻射的時(shí)間發(fā)射的面積發(fā)射的面積描述熱輻射本領(lǐng)的物理量：描述熱

9、輻射本領(lǐng)的物理量：2、輻射出射度輻出度）、輻射出射度輻出度） （全色輻射出射度）（全色輻射出射度） MT）:2、單色輻射出射度、單色輻射出射度( )( )dETMTd 單位：?jiǎn)挝唬?W/(m )討論：討論： 物理意義：表示物體溫度物理意義：表示物體溫度 T 時(shí)，時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面單位時(shí)間內(nèi)從物體表面單位面積上發(fā)出的波長(zhǎng)在積上發(fā)出的波長(zhǎng)在 附近單位附近單位波長(zhǎng)范圍電磁波的能量。波長(zhǎng)范圍電磁波的能量。（光譜輻射出射度）（光譜輻射出射度）:( )( )0dM TMT 溫度越高，輻出度越大。另外，溫度越高，輻出度越大。另外，輻出度還與材料性質(zhì)有關(guān)。輻出度還與材料性質(zhì)有關(guān)。闡明：闡明：)(T

10、M可見可見光區(qū)光區(qū)討論：討論： : 如果一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的如果一個(gè)物體在任何溫度下，對(duì)任何波長(zhǎng)的電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種電磁波都完全吸收，而不反射與透射，則稱這種物體為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。物體為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。小孔即相當(dāng)于黑體的表面。小孔即相當(dāng)于黑體的表面。在自然界中，黑體在自然界中，黑體是不存在的。是不存在的。黑體模型：黑體模型：黑體：黑體： 吸收吸收100%100%， 反射反射0 0，透射透射0 0理想模型：理想模型：一個(gè)由任意材料鋼、銅、一個(gè)由任意材料鋼、銅、陶瓷等做成的開有小孔陶瓷等做成的開有小孔的空腔可看作是黑體。的空腔可看作是黑體。: 當(dāng)空腔處

11、于某確定的溫度時(shí)，（也有電磁當(dāng)空腔處于某確定的溫度時(shí)，（也有電磁波從小孔中發(fā)射出來(lái)），空腔內(nèi)壁不斷地發(fā)射各種波波從小孔中發(fā)射出來(lái)），空腔內(nèi)壁不斷地發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，并充滿腔內(nèi)形成的電磁場(chǎng)，部分電磁波長(zhǎng)的電磁波，并充滿腔內(nèi)形成的電磁場(chǎng)，部分電磁波從小孔射出，由小孔射出的電磁波就可看成黑體輻射。從小孔射出，由小孔射出的電磁波就可看成黑體輻射。黑體模型：黑體模型： 因?yàn)槿肷涞叫】椎碾姶挪?，進(jìn)因?yàn)槿肷涞叫】椎碾姶挪?，進(jìn)入小孔后在腔內(nèi)多次反射被吸收，幾入小孔后在腔內(nèi)多次反射被吸收，幾乎沒有反射電磁波從小孔出來(lái)。乎沒有反射電磁波從小孔出來(lái)。黑體輻射：黑體輻射：?jiǎn)紊棾龆龋簡(jiǎn)紊棾龆龋?由空腔輻射體的單

12、色輻出度與波長(zhǎng)的能譜曲線可知：由空腔輻射體的單色輻出度與波長(zhǎng)的能譜曲線可知：由實(shí)驗(yàn)測(cè)得：由實(shí)驗(yàn)測(cè)得：b b每條能譜曲線下的面積等于黑每條能譜曲線下的面積等于黑體的輻射出射度，體的輻射出射度，0( )( )dM TMT 即溫度為即溫度為T T的黑體，在單位的黑體，在單位時(shí)間內(nèi)，從單位面積上輻時(shí)間內(nèi)，從單位面積上輻射出的所有可能波長(zhǎng)的總射出的所有可能波長(zhǎng)的總輻射能量，等于該溫度下，輻射能量，等于該溫度下，波長(zhǎng)分布曲線下面的面積。波長(zhǎng)分布曲線下面的面積。 0 5000K6000K3000K4000Km 可見光可見光( )MT :由空腔輻射體的單色輻出度與波長(zhǎng)的能譜曲線可知：由空腔輻射體的單色輻出度與

13、波長(zhǎng)的能譜曲線可知：dM(T) 隨隨 連續(xù)變化，每連續(xù)變化，每條曲線有一峰值。條曲線有一峰值。 0 5000K6000K3000K4000Km 可見光可見光峰值波長(zhǎng)隨溫度峰值波長(zhǎng)隨溫度T的升高逐漸向的升高逐漸向短波方向移動(dòng)。短波方向移動(dòng)。( )M T : 0.5 1.0 1.5 2.01050(10-7 W / m2 m) ( m)可見光可見光5000K6000K3000K4000K二、斯特藩二、斯特藩 玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 維恩位移定律維恩位移定律（1斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律40dTTMTM )()(428KmW10670. 5斯特藩斯特藩玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量4( )=M

14、 TT 輻出度輻出度 與與 T 4 成正比。成正比。( )M T( )M T :（2維恩位移定律維恩位移定律bT mKm10898. 23b常量常量峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng) m 與溫度與溫度 T 成反比成反比 0.5 1.0 1.5 2.01050(10-7 W / m2 m) ( m)可見光可見光5000K6000K3000K4000K二、斯特藩二、斯特藩 玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 維恩位移定律維恩位移定律( )M T :（2維恩位移定律維恩位移定律bT m 0.5 1.0 1.5 2.01050(10-7 W / m2 m) ( m)可見光可見光5000K6000K3000K4000K二、斯特藩二

15、、斯特藩 玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律 維恩位移定律維恩位移定律闡明：闡明：( )M T : 這兩條定律是黑體輻射的基本定律，它們?cè)谶@兩條定律是黑體輻射的基本定律，它們?cè)诂F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，是高溫測(cè)量、星現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，是高溫測(cè)量、星球表面溫度的估測(cè)、遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物球表面溫度的估測(cè)、遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。理基礎(chǔ)。（1斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律( )4M TT 428KmW10670. 5（2維恩位移定律維恩位移定律bT mKm10898. 23b運(yùn)用：運(yùn)用：:解：解： 實(shí)驗(yàn)測(cè)得太陽(yáng)單色輻出度的最大值對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)得太陽(yáng)單色輻出度的最大值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為波

16、長(zhǎng)為490nm，若將太陽(yáng)當(dāng)作黑體，請(qǐng)估算太陽(yáng)表，若將太陽(yáng)當(dāng)作黑體，請(qǐng)估算太陽(yáng)表面的溫度和太陽(yáng)的輻出度。面的溫度和太陽(yáng)的輻出度。 例題例題1 1 ： 太陽(yáng)表面溫度太陽(yáng)表面溫度5914 KsmbT 392.899 10490 104( )BsMTT 輻出度輻出度76.936 102 W/m m 對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用這種方法進(jìn)行推測(cè)。度也可用這種方法進(jìn)行推測(cè)。( )M T :三、黑體輻射的瑞利三、黑體輻射的瑞利 金斯公式金斯公式 經(jīng)典物理的困難經(jīng)典物理的困難 在實(shí)驗(yàn)測(cè)得黑體輻射能譜在實(shí)驗(yàn)測(cè)得黑體輻射能譜 后，后，為建立其函數(shù)表達(dá)式，為建立其函數(shù)表達(dá)式，19

17、世紀(jì)許多物理學(xué)家在世紀(jì)許多物理學(xué)家在經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上作了很多努力，結(jié)果都失敗經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上作了很多努力，結(jié)果都失敗了。其中最典型的是維恩公式和瑞利了。其中最典型的是維恩公式和瑞利金斯公式。金斯公式。( )M T : 1896年維恩從熱力學(xué)理論的考慮及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分年維恩從熱力學(xué)理論的考慮及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，假定諧振子的能量按頻率的分布類似于麥克斯韋析，假定諧振子的能量按頻率的分布類似于麥克斯韋速率分布率，由經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理導(dǎo)出速率分布率，由經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理導(dǎo)出維恩公式：維恩公式： 維恩公式在短波范圍維恩公式在短波范圍與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好，但在長(zhǎng)波范圍有較大偏差。但在長(zhǎng)波范圍有較大偏

18、差。215()ecTcMT 1、維恩公式、維恩公式 試驗(yàn)曲線試驗(yàn)曲線( )M T : 1900年瑞利根據(jù)能量按自由度均分定理，利用經(jīng)年瑞利根據(jù)能量按自由度均分定理，利用經(jīng)典電磁學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論，得到了黑體輻射的公式；典電磁學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論，得到了黑體輻射的公式；1905年金斯修正了一個(gè)數(shù)值因子，得出所謂的瑞利年金斯修正了一個(gè)數(shù)值因子，得出所謂的瑞利金斯公式：金斯公式： 瑞利瑞利金斯公式在長(zhǎng)波段與實(shí)金斯公式在長(zhǎng)波段與實(shí)驗(yàn)曲線相符合，在短波段則完全不驗(yàn)曲線相符合，在短波段則完全不能適用，當(dāng)能適用，當(dāng)0時(shí)，時(shí)，M(T) ，這顯然是不合理的。物理學(xué)史上把這顯然是不合理的。物理學(xué)史上把這個(gè)理論公式與

19、實(shí)驗(yàn)結(jié)果在短波段這個(gè)理論公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在短波段嚴(yán)重偏離的結(jié)果稱為嚴(yán)重偏離的結(jié)果稱為“紫外災(zāi)難。紫外災(zāi)難。42()ckTMT 2、瑞利、瑞利金斯公式金斯公式 試驗(yàn)曲線試驗(yàn)曲線紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難( )M T : 維恩公式、尤其是瑞利金斯公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果維恩公式、尤其是瑞利金斯公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符，使物理學(xué)家大為困惑。非常成熟的熱力學(xué)與不符，使物理學(xué)家大為困惑。非常成熟的熱力學(xué)與非常成功的電磁場(chǎng)理論相結(jié)合，導(dǎo)出的結(jié)果居然與非常成功的電磁場(chǎng)理論相結(jié)合，導(dǎo)出的結(jié)果居然與高精度的光學(xué)實(shí)驗(yàn)相背！這個(gè)結(jié)果揭示了微觀世界高精度的光學(xué)實(shí)驗(yàn)相背！這個(gè)結(jié)果揭示了微觀世界的特性，同時(shí)也顯示了經(jīng)典理論的破綻的特性，同時(shí)也顯示了

20、經(jīng)典理論的破綻. : 他提出了一個(gè)與經(jīng)典物理學(xué)概念截然不同的他提出了一個(gè)與經(jīng)典物理學(xué)概念截然不同的 “能量子假設(shè)。能量子假設(shè)。 普朗克經(jīng)過(guò)深入研究后發(fā)現(xiàn)：必須使諧振子的能量取分立值。普朗克經(jīng)過(guò)深入研究后發(fā)現(xiàn)：必須使諧振子的能量取分立值。 黑體是由許多帶電的線性諧振子組成，這些諧振子不黑體是由許多帶電的線性諧振子組成，這些諧振子不斷地發(fā)射和吸收輻射能，與周圍的電磁場(chǎng)交換能量。斷地發(fā)射和吸收輻射能，與周圍的電磁場(chǎng)交換能量。:金屬空腔壁中電子的振動(dòng)可視為一維諧振金屬空腔壁中電子的振動(dòng)可視為一維諧振子，可以吸收或輻射能量。這些振子的能量只子，可以吸收或輻射能量。這些振子的能量只能取一些分立的值，分立值

21、的能量是某一最小能取一些分立的值，分立值的能量是某一最小能量能量 0 = h 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。空腔壁上帶電諧振子所吸收或發(fā)射的能量空腔壁上帶電諧振子所吸收或發(fā)射的能量是是 h 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。,nh )3 , 2 , 1( nsJ106260755. 634 h普朗克常量普朗克常量 四、普朗克能量子假設(shè)四、普朗克能量子假設(shè) 普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式1.普朗克能量子假設(shè)普朗克能量子假設(shè): h1h2h3h4h5h6 振子只能一份一份地按不振子只能一份一份地按不 連續(xù)方式輻射或吸收能量。連續(xù)方式輻射或吸收能量。普朗克拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化的舊普朗克拋棄了經(jīng)典物理中的能量

22、可連續(xù)變化的舊觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。這不僅成功地一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，解決了熱輻射中的難題，而且開創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。 能量是分立的，不是連續(xù)的。能量是分立的，不是連續(xù)的。 存在著能量的最小單元：存在著能量的最小單元： 能量子能量子 0 = h ；: 瑞利瑞利

23、 金斯金斯 (1900年年)維恩維恩(1896年年)試驗(yàn)曲線試驗(yàn)曲線/( )25211hckThcM Te 這個(gè)公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果這個(gè)公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得非常好！符合得非常好！2.普朗克黑體輻射公式普朗克黑體輻射公式 普朗克按他的能量子假設(shè)，并應(yīng)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)普朗克按他的能量子假設(shè)，并應(yīng)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)得出普朗克黑體輻射公式：得出普朗克黑體輻射公式：( )M T :普朗克的能量子假設(shè)，雖然從理論上得出了與實(shí)驗(yàn)相一致的黑體輻射頻譜分布，普朗克的能量子假設(shè)，雖然從理論上得出了與實(shí)驗(yàn)相一致的黑體輻射頻譜分布，但是，對(duì)于提出能量量子化概念的普朗克來(lái)說(shuō)，他并未因此而高興，相反，他卻認(rèn)為但是，對(duì)于提出能量量子化概念的普

24、朗克來(lái)說(shuō)，他并未因此而高興，相反，他卻認(rèn)為自己做了一件錯(cuò)事，把本來(lái)很和諧的經(jīng)典物理弄得一團(tuán)糟，內(nèi)心不安，誠(chéng)惶誠(chéng)恐，甚自己做了一件錯(cuò)事，把本來(lái)很和諧的經(jīng)典物理弄得一團(tuán)糟，內(nèi)心不安，誠(chéng)惶誠(chéng)恐，甚至企圖將能量量子化納入經(jīng)典物理的軌道之內(nèi)。至企圖將能量量子化納入經(jīng)典物理的軌道之內(nèi)。持有類似態(tài)度的物理學(xué)家，當(dāng)時(shí)不止普朗克一人，他們還想從經(jīng)典物理概念中找持有類似態(tài)度的物理學(xué)家，當(dāng)時(shí)不止普朗克一人，他們還想從經(jīng)典物理概念中找出路。當(dāng)然，這些努力都是徒勞的。出路。當(dāng)然，這些努力都是徒勞的。甚至當(dāng)甚至當(dāng)1905年愛因斯坦在普朗克的能量量子化的啟發(fā)下，提出了光量子概念說(shuō)明年愛因斯坦在普朗克的能量量子化的啟發(fā)下，提

25、出了光量子概念說(shuō)明光電效應(yīng)之后，普朗克的觀點(diǎn)仍無(wú)改變。光電效應(yīng)之后，普朗克的觀點(diǎn)仍無(wú)改變。接著，接著，1913年玻爾發(fā)展了量子化觀念，正確地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，直到年玻爾發(fā)展了量子化觀念，正確地解釋了氫原子光譜的規(guī)律，直到1915年以后，普朗克的能量子假設(shè)才被人們接受。年以后，普朗克的能量子假設(shè)才被人們接受。:普朗克普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 18581947)普朗克的偉大成就，就是創(chuàng)立了量子理論。普朗克的偉大成就，就是創(chuàng)立了量子理論。1900年年12月月14日他在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上，宣讀了日他在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上，宣讀了以以為題為題的論文，提出了能量的量子

26、化假設(shè)，并導(dǎo)出了的論文，提出了能量的量子化假設(shè)，并導(dǎo)出了黑體輻射的能量分布公式。這是物理學(xué)史上的黑體輻射的能量分布公式。這是物理學(xué)史上的一次巨大變革。從此結(jié)束了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天一次巨大變革。從此結(jié)束了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面。勞厄稱這一天為下的局面。勞厄稱這一天為“量子論的誕生量子論的誕生日日”。德國(guó)物理學(xué)家，量子物理德國(guó)物理學(xué)家，量子物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。 1918年普朗克由于創(chuàng)立了量子理年普朗克由于創(chuàng)立了量子理論而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。論而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。:M.V.普朗克普朗克 研究輻射的量子理研究輻射的量子理論，發(fā)現(xiàn)基本量子，論，發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量子化的提出能量量子

27、化的假設(shè)假設(shè)1918諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng):解：解： 能量子能量子能量量子數(shù)能量量子數(shù)Enh ,n :M.V.普朗克普朗克 研究輻射的量子理研究輻射的量子理論，發(fā)現(xiàn)基本量子，論，發(fā)現(xiàn)基本量子，提出能量量子化的提出能量量子化的假設(shè)假設(shè)1918諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng):黑體輻射的應(yīng)用黑體輻射的應(yīng)用測(cè)量溫度：通過(guò)測(cè)量星體的譜線分布來(lái)確定測(cè)量溫度：通過(guò)測(cè)量星體的譜線分布來(lái)確定 其熱力學(xué)溫度；其熱力學(xué)溫度；熱象圖：通過(guò)比較物體表面不同區(qū)域的顏色熱象圖：通過(guò)比較物體表面不同區(qū)域的顏色 變化情況來(lái)確定物體表面的溫度分布；變化情況來(lái)確定物體表面的溫度分布；3K背景輻射：對(duì)來(lái)自外界空間的輻射，可用背景

28、輻射：對(duì)來(lái)自外界空間的輻射，可用 Wein 位移公式來(lái)估算；位移公式來(lái)估算；消失線高溫計(jì)：測(cè)量爐溫。消失線高溫計(jì)：測(cè)量爐溫。:1測(cè)量黑體溫度測(cè)量黑體溫度 在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱在實(shí)驗(yàn)室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度。輻射特性，就可以確定爐內(nèi)的溫度。2光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)光測(cè)高溫光測(cè)高溫高溫爐高溫爐燈絲燈絲目鏡目鏡聚焦透鏡聚焦透鏡 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R，當(dāng)燈絲溫度，當(dāng)燈絲溫度 爐溫時(shí)，燈絲在爐孔像的爐溫時(shí)，燈絲在爐孔像的背景上顯示出亮線。背景上顯示出亮線。 當(dāng)燈絲溫度當(dāng)燈絲溫度 爐溫時(shí)，燈絲在爐孔像的背景上顯示出暗線。爐溫時(shí)，燈絲在爐孔像的背景上顯示出暗線。 當(dāng)燈絲溫度當(dāng)燈