大學(xué)物理：18-1-2-3熱輻射

1、作業(yè)：作業(yè)：練習(xí)二十三練習(xí)二十三 一一 掌握掌握熱輻射的兩條實(shí)驗(yàn)定律：斯特藩熱輻射的兩條實(shí)驗(yàn)定律：斯特藩玻耳茲玻耳茲曼定律和維恩位移定律，以及經(jīng)典物理理論在說(shuō)明熱輻曼定律和維恩位移定律，以及經(jīng)典物理理論在說(shuō)明熱輻射的能量按頻率分布曲線時(shí)所遇到的困難射的能量按頻率分布曲線時(shí)所遇到的困難. . 理解普朗克理解普朗克量子假設(shè)量子假設(shè). . 二二 掌握掌握經(jīng)典物理理論在說(shuō)明光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律經(jīng)典物理理論在說(shuō)明光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律時(shí)所遇到的困難時(shí)所遇到的困難. . 理解愛(ài)因斯坦光子假設(shè)，掌握愛(ài)因斯理解愛(ài)因斯坦光子假設(shè)，掌握愛(ài)因斯坦方程坦方程. . 三三 理解理解康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以及愛(ài)因斯坦的康普頓效

2、應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以及愛(ài)因斯坦的光子理論對(duì)這個(gè)效應(yīng)的解釋光子理論對(duì)這個(gè)效應(yīng)的解釋. . 理解光的波粒二象性理解光的波粒二象性. . 量子概念是量子概念是 1900 1900 年普朗克首先提出的，距今已年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史有一百多年的歷史. .其間，經(jīng)過(guò)愛(ài)因斯坦、玻爾、德其間，經(jīng)過(guò)愛(ài)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)新努力，到大師的創(chuàng)新努力，到 20 20 世紀(jì)世紀(jì) 30 30 年代，就建立了一年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論套完整的量子力學(xué)理論. .量子力學(xué)量子力學(xué)宏觀領(lǐng)域宏觀領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)經(jīng)

3、典力學(xué)現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)量子力學(xué)量子力學(xué)相相 對(duì)對(duì) 論論量子力學(xué)量子力學(xué)微觀世界的理論微觀世界的理論起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)第第18章章 量子光學(xué)的基礎(chǔ)量子光學(xué)的基礎(chǔ) 在相對(duì)論中已欣賞了近代物理的在相對(duì)論中已欣賞了近代物理的“一朵鮮花一朵鮮花”讓讓我們來(lái)欣賞另我們來(lái)欣賞另“一朵鮮花一朵鮮花”-量子力學(xué)。量子力學(xué)。 引言：引言：光是電磁波還是微粒光是電磁波還是微粒？18-118-1熱輻射、基爾霍夫定律熱輻射、基爾霍夫定律熱輻射熱輻射實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)要欣賞另一朵鮮花，還得從另一朵烏云說(shuō)起：要欣賞另一朵鮮花，還得從另一朵烏云說(shuō)起：一、何謂熱輻射一、何謂熱輻射 在一

4、定的時(shí)間內(nèi)輻射能量的多少，以及輻射能按波長(zhǎng)在一定的時(shí)間內(nèi)輻射能量的多少，以及輻射能按波長(zhǎng)的分布都與物體的溫度有關(guān)。的分布都與物體的溫度有關(guān)。火火爐爐600度度1000度度400度度因輻射與溫度有關(guān)，故稱(chēng)熱因輻射與溫度有關(guān)，故稱(chēng)熱輻射輻射物體在任一溫度下都要發(fā)射各種物體在任一溫度下都要發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波。波長(zhǎng)的電磁波。一一. . 平衡熱輻射平衡熱輻射熱輻射熱輻射: 任何物體在任何溫任何物體在任何溫度下度下, , 由于分子的熱運(yùn)動(dòng)使由于分子的熱運(yùn)動(dòng)使物體向外輻射各種波長(zhǎng)的電物體向外輻射各種波長(zhǎng)的電磁波磁波. .平衡熱輻射平衡熱輻射: :物體輻射的能量物體輻射的能量等于同一時(shí)間所吸收的能量等于同一

5、時(shí)間所吸收的能量當(dāng)溫度上升時(shí)輻射總能增加當(dāng)溫度上升時(shí)輻射總能增加, ,同時(shí)輻射最大的波長(zhǎng)減小同時(shí)輻射最大的波長(zhǎng)減小. .物體輻射的同時(shí)物體輻射的同時(shí), ,也吸收輻射也吸收輻射. .頭頭部部熱熱輻輻射射像像頭部各部分溫度不同，因此頭部各部分溫度不同，因此它們的熱輻射存在差異，這它們的熱輻射存在差異，這種差異可通過(guò)熱象儀轉(zhuǎn)換成種差異可通過(guò)熱象儀轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光圖象?？梢?jiàn)光圖象。1、從經(jīng)典物理學(xué)看來(lái)熱輻射過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)、從經(jīng)典物理學(xué)看來(lái)熱輻射過(guò)程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì) 以電磁波的形式向外輻射電磁波的過(guò)程以電磁波的形式向外輻射電磁波的過(guò)程。其。其 輻射的能量稱(chēng)之為輻射的能量稱(chēng)之為輻射能輻射能。2、熱輻射有平衡熱輻

6、射與非平衡熱輻射：、熱輻射有平衡熱輻射與非平衡熱輻射：當(dāng)物體因輻射而失去的能量等于從外界吸收當(dāng)物體因輻射而失去的能量等于從外界吸收的輻射能時(shí)，這時(shí)物體的狀態(tài)可用一確定的的輻射能時(shí)，這時(shí)物體的狀態(tài)可用一確定的溫度來(lái)描述，這種熱輻射稱(chēng)為溫度來(lái)描述，這種熱輻射稱(chēng)為平衡熱輻射平衡熱輻射。反之稱(chēng)為非平衡反之稱(chēng)為非平衡 熱輻射。熱輻射。注意：注意：熱輻射：物體在不同溫度下發(fā)出的各種電磁波的熱輻射：物體在不同溫度下發(fā)出的各種電磁波的能量按波長(zhǎng)的分布隨溫度而不同的電磁輻射能量按波長(zhǎng)的分布隨溫度而不同的電磁輻射二、單色輻出度、輻射出射度、單色吸收率、二、單色輻出度、輻射出射度、單色吸收率、 單色反射率單色反射率

7、 實(shí)驗(yàn)表明：物體輻射能多少?zèng)Q定于物體的溫度實(shí)驗(yàn)表明：物體輻射能多少?zèng)Q定于物體的溫度（T）、輻射的波長(zhǎng)、時(shí)間的長(zhǎng)短、發(fā)射的面積）、輻射的波長(zhǎng)、時(shí)間的長(zhǎng)短、發(fā)射的面積1 1、單色輻出度（、單色輻出度（單色發(fā)射本領(lǐng)單色發(fā)射本領(lǐng)）單位時(shí)間內(nèi)，溫度為單位時(shí)間內(nèi)，溫度為T(mén) T的物體上單位面積上發(fā)射波長(zhǎng)的物體上單位面積上發(fā)射波長(zhǎng)在在 +d+d 范圍內(nèi)的輻射能范圍內(nèi)的輻射能dEdE (T(T) )與波長(zhǎng)間隔與波長(zhǎng)間隔d d 比比值，用值，用e(e( , , ) )表示。表示。光源光源dTdETe),(),().(3mWS=1顯然，它是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)顯然，它是波長(zhǎng)和溫度的函數(shù)dEd0 2 4 6 8 10 1

8、2Hz10/14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21210468)HzW/(m10)(28TM太陽(yáng)太陽(yáng)可見(jiàn)可見(jiàn)光區(qū)光區(qū) 鎢絲鎢絲（5800K5800K） 太陽(yáng)太陽(yáng)（5800K5800K）)HzW/(m10)(29TM鎢絲鎢絲2 2、輻射出射度（總發(fā)射本領(lǐng)）、輻射出射度（總發(fā)射本領(lǐng)）單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所輻射的各種波長(zhǎng)的總單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所輻射的各種波長(zhǎng)的總的輻射能，用的輻射能，用E( T )表示。表示。光源光源S=1顯然，它是溫度的函數(shù)顯然，它是溫度的函數(shù))(TE).(2 mW 0),()( dTeTE實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明: :吸收與反射的能量與吸收與反射的能量

9、與物體溫度有關(guān)、與輻射能的波物體溫度有關(guān)、與輻射能的波長(zhǎng)范圍有關(guān)長(zhǎng)范圍有關(guān). .3 3、單色吸收率、單色吸收率 單色反射率單色反射率不透明介質(zhì)不透明介質(zhì)E吸吸吸收吸收E入入射射入入射射E反反反反定義：定義：一束波長(zhǎng)為一束波長(zhǎng)為+ +，強(qiáng)度為，強(qiáng)度為E E 的電的電磁輻射入射到溫度為磁輻射入射到溫度為T(mén) T的物體上時(shí)，的物體上時(shí)，若反射光的強(qiáng)度為若反射光的強(qiáng)度為E E反反( ( ,T),T)，吸收光，吸收光的強(qiáng)度為的強(qiáng)度為E E吸吸（ ,T,T），則定義：），則定義：?jiǎn)紊章剩簡(jiǎn)紊章剩簡(jiǎn)紊瓷渎剩簡(jiǎn)紊瓷渎剩?,(),(),(TETETa 吸 ),(),(),(TETET 反 對(duì)不透明的物

10、體：對(duì)不透明的物體：不透明介質(zhì)不透明介質(zhì)E吸吸吸收吸收E入入射射入入射射E反反反反）（反吸入TETEE )同除同除E ：1),(),( TTa ( ,)1aT( ,)0rT？實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明 輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng)輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng). .4 4、黑體（、黑體（black bodyblack body）在任何溫度、對(duì)于任何波長(zhǎng)的輻射的吸收率均為在任何溫度、對(duì)于任何波長(zhǎng)的輻射的吸收率均為1 1的物的物體，稱(chēng)之為黑體。體，稱(chēng)之為黑體。（黑體是理想模型）（黑體是理想模型）注意：注意：1 1）黑體是對(duì)入射的輻射能全部吸收（不管什）黑體是對(duì)入射的輻射能全部吸收（不管什 么波

11、長(zhǎng)）的物體，也不反射。因此當(dāng)其自么波長(zhǎng)）的物體，也不反射。因此當(dāng)其自 身的熱輻射很弱時(shí)，看上去是黑洞洞的。身的熱輻射很弱時(shí)，看上去是黑洞洞的。2 2）黑體是理想化的模型，實(shí)際中的物體的吸）黑體是理想化的模型，實(shí)際中的物體的吸 收率總是小于收率總是小于1 1。拋光的銅鏡表面：拋光的銅鏡表面：一般金屬表面：一般金屬表面：煤煙：煤煙：02. 0總a8 . 06 . 0總a98. 095. 0總a3 3）一個(gè)開(kāi)有小孔的內(nèi)表面粗糙的空腔可近似看成理想）一個(gè)開(kāi)有小孔的內(nèi)表面粗糙的空腔可近似看成理想 的黑體。的黑體。如遠(yuǎn)處不點(diǎn)燈如遠(yuǎn)處不點(diǎn)燈的建筑物的建筑物若室內(nèi)點(diǎn)燈若室內(nèi)點(diǎn)燈（自身輻射不很弱）（自身輻射不很

12、弱）*眼睛虹膜有各種顏眼睛虹膜有各種顏色色與人種有關(guān)與人種有關(guān)*瞳孔只有黑色的瞳孔只有黑色的與人種無(wú)關(guān)與人種無(wú)關(guān)絕熱恒溫體絕熱恒溫體三、基爾霍夫定律（三、基爾霍夫定律（Kirchhoffs Law）T=C一個(gè)實(shí)驗(yàn)一個(gè)實(shí)驗(yàn)B1B2B3真空真空N N個(gè)不同的物體置于一絕熱個(gè)不同的物體置于一絕熱恒溫體內(nèi)，經(jīng)過(guò)熱輻射交換恒溫體內(nèi)，經(jīng)過(guò)熱輻射交換能量，達(dá)到熱平衡態(tài)能量，達(dá)到熱平衡態(tài)-物體物體與容器具有相同溫度且保持與容器具有相同溫度且保持不變。不變。 但不同物體的輻射出射度但不同物體的輻射出射度度是不同的，即每個(gè)物體單度是不同的，即每個(gè)物體單位時(shí)間、單位面積輻射的能位時(shí)間、單位面積輻射的能 要維持溫度不

13、變，則要維持溫度不變，則物體吸收的輻射能必須等于物體吸收的輻射能必須等于輻射出去的能量輻射出去的能量量是不同的。因此要維持平衡熱輻射，只有輻射能量是不同的。因此要維持平衡熱輻射，只有輻射能量較多的物體吸收能量也多，反之亦然。量較多的物體吸收能量也多，反之亦然?；鶢柣舴蚨桑ɑ鶢柣舴蚨桑↘irchhoffs Law） 在同樣的溫度下，各種不同在同樣的溫度下，各種不同的物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻出的物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻出度與單色吸收率之比值都相等度與單色吸收率之比值都相等，且等于在該溫度下黑體對(duì)同，且等于在該溫度下黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻出度。一波長(zhǎng)的單色輻出度。)( TBa)( TBe為黑體的單色

14、輻出度為黑體的單色輻出度為黑體的單色吸收率為黑體的單色吸收率其中：其中：物理含義：好的吸收體也是好的輻射體。物理含義：好的吸收體也是好的輻射體。)()()()(2)(2)(1)(1TBTBTBTTTTeaeaeae 絕熱恒溫體絕熱恒溫體B1B2B3真空真空T=C乾乾隆隆通通寶寶物理含義：好的吸收體也是好的輻射體。物理含義：好的吸收體也是好的輻射體。研究熱輻射的中心問(wèn)題是研究研究熱輻射的中心問(wèn)題是研究黑體的輻射問(wèn)題黑體的輻射問(wèn)題乾乾隆隆通通寶寶火火爐爐1000度度)()()()(2)(2)(1)(1TBTBTBTTTTeaeaeae 乾乾隆隆通通寶寶182 絕對(duì)絕對(duì)黑體的輻射定律黑體的輻射定律1

15、 1、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)裝置AL1BPL2C黑體黑體準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直系統(tǒng)三棱鏡三棱鏡測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)2 2、絕對(duì)黑體輻射定律、絕對(duì)黑體輻射定律1.02.03.0 4.05.02030104050602200K2000K1800K1600K1)斯忒蕃斯忒蕃-玻爾茲曼玻爾茲曼 定律：黑體輻射出定律：黑體輻射出 射度與絕對(duì)溫度有射度與絕對(duì)溫度有 如下關(guān)系：如下關(guān)系：4)(TTEB428/1067. 5Kmw斯忒蕃斯忒蕃-玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù)含義：它說(shuō)明對(duì)于黑體，溫度越高，輻出度含義：它說(shuō)明對(duì)于黑體，溫度越高，輻出度 EB（T）越大且隨越大且隨 T 增高而迅速增大增高而迅速增大。 (nm).)(,(11m

16、cmwTeB2)維恩位移定律：黑體維恩位移定律：黑體 溫度增高時(shí)，其單色溫度增高時(shí)，其單色 輻出度的峰值波長(zhǎng)向輻出度的峰值波長(zhǎng)向 短波方向傳播，且有短波方向傳播，且有 如下關(guān)系：如下關(guān)系：bTmKmb.10898. 23m峰值波長(zhǎng)峰值波長(zhǎng)T：絕對(duì)溫度：絕對(duì)溫度火火爐爐1000度度2000度度800度度爐火純青爐火純青1.02.03.0 4.05.02030104050602200K2000K1800K1600K (nm).)(,(11mcmwTeB注意：注意：1 1）以上兩規(guī)律只適用于黑體，對(duì)非黑體只）以上兩規(guī)律只適用于黑體，對(duì)非黑體只 近似成立。近似成立。2 2）熱輻射規(guī)律在現(xiàn)代技術(shù)中有廣泛

17、的應(yīng)用）熱輻射規(guī)律在現(xiàn)代技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用 -高溫測(cè)量、遙感、遙測(cè)、紅外跟蹤等。高溫測(cè)量、遙感、遙測(cè)、紅外跟蹤等。例例1 1：太陽(yáng)可以看成黑體，地球上測(cè)出其峰值波長(zhǎng)為太陽(yáng)可以看成黑體，地球上測(cè)出其峰值波長(zhǎng)為 m m=5100=5100，則其表面溫度和輻出度為多少？，則其表面溫度和輻出度為多少？由由bTm)(570010510010898. 2103KbTm484)5700(1067. 5)(TTEB27/1000. 6mw解：解：nm9890nm29310898.23mTbK1046.4K105 .610898.2373mbT441037.5)()() (TTTMTM 例例2 2 （1 1）溫

18、度為室溫溫度為室溫 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 2）若使一黑體若使一黑體單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線范圍內(nèi)，單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線范圍內(nèi)，其溫度應(yīng)為多少？其溫度應(yīng)為多少？（3 3）以上兩輻出度之比為多少？以上兩輻出度之比為多少？)C20(解解nm650m（2 2）取?。? 1）由維恩位移定律由維恩位移定律（3 3）由由斯特藩斯特藩玻爾茲曼定律玻爾茲曼定律K6000K1048310898.293mbT 例例3 3 太陽(yáng)的單色輻出度的峰值波長(zhǎng)太陽(yáng)的單色輻出度的峰值波長(zhǎng) ，試由此估算太陽(yáng)表面的溫度試由此估

19、算太陽(yáng)表面的溫度. .nm483m解解由維恩位移定律由維恩位移定律 對(duì)宇宙中其他發(fā)光星體的表面溫度也可用對(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)這種方法進(jìn)行推測(cè)一、經(jīng)典物理的困難：一、經(jīng)典物理的困難： 人們自然用經(jīng)典力學(xué)理論人們自然用經(jīng)典力學(xué)理論來(lái)解釋熱輻射并建立了兩個(gè)公式：來(lái)解釋熱輻射并建立了兩個(gè)公式：1）維恩公式（）維恩公式（Wiens formula）1896年德國(guó)維恩（年德國(guó)維恩（Wien）從熱力學(xué)普遍理論）從熱力學(xué)普遍理論出發(fā)，將黑體諧振子能量按頻率分布類(lèi)同于出發(fā)，將黑體諧振子能量按頻率分布類(lèi)同于Maxwell速度分布，由經(jīng)典理論導(dǎo)出以下公式速度分布，由經(jīng)典理論導(dǎo)出以下公

20、式TcBecTe251),(維恩公式維恩公式C1、C2須用實(shí)驗(yàn)確定。須用實(shí)驗(yàn)確定。此公式在長(zhǎng)波方面此公式在長(zhǎng)波方面與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不符。與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不符。1.02.03.04.05.06.07.08.09.0)( TEB (nm).(11mcmw18183 3 普朗克量子假說(shuō)普朗克量子假說(shuō) 2）瑞利）瑞利金斯公式（金斯公式（Rayleigh-jeans formula）1900年瑞利年瑞利-金斯利用經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)金斯利用經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)（將固體當(dāng)作諧振子且能量按自由度均分原則及（將固體當(dāng)作諧振子且能量按自由度均分原則及電磁輻射理論）得到一個(gè)公式：電磁輻射理論）得到一個(gè)公式：C為光速為光速

21、K=1.380658 10-23J/K玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù) 此公式在短波區(qū)域此公式在短波區(qū)域明顯與實(shí)驗(yàn)不符，而明顯與實(shí)驗(yàn)不符，而理論上卻找不出錯(cuò)誤理論上卻找不出錯(cuò)誤-“紫外線災(zāi)難紫外線災(zāi)難” ,像烏像烏云遮住了物理學(xué)睛朗云遮住了物理學(xué)睛朗的天空。的天空。 熱輻射熱輻射實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn)42),(CKTTeB1.02.03.04.05.06.07.08.09.0)( TBE (nm).(11mcmw維恩公式維恩公式215( , )cTBeeTc（c1和c2為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）瑞利瑞利- -金斯公式金斯公式43( , )BeTcT3(2)cck瑞利瑞利-金斯線金斯線“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”( , )BeT)( m

22、4012356789維恩線維恩線18-3 18-3 普朗克公式普朗克公式經(jīng)經(jīng)典典物物理理的的困困難難二、普朗克公式（二、普朗克公式（Plancks formulaPlancks formula）1900年德國(guó)物理學(xué)家普朗克根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)拼湊了一個(gè)公式年德國(guó)物理學(xué)家普朗克根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)拼湊了一個(gè)公式：“普朗克公式普朗克公式”c為光速為光速k玻爾茲曼常數(shù)玻爾茲曼常數(shù)11252kThehCe為自然對(duì)數(shù)底為自然對(duì)數(shù)底h=6.63 10-34Js稱(chēng)為普朗克恒量稱(chēng)為普朗克恒量該公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好！該公式與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好！)( TBE (n m)1.02.0 3.04.0 5.0 6.07.0 8.0

23、 9.0).(11mcmw11252)(TkhCTBehCE討論：討論：1）當(dāng)）當(dāng)h kT（高頻段）（高頻段）1TkhCTkhCTBehCe52)(2維恩公式維恩公式khCc2212 hcc令：令：TCTBece251)(11252)(TkhCTBehCe討論：討論：2）當(dāng)）當(dāng)h kT（低頻段）（低頻段）1TkhCTkhChCeTB/252)(2)(211TkhcTkhceTkhC瑞利瑞利金斯公式金斯公式11252)(TkhCTBehCe4)(2CkTeTB普朗克經(jīng)驗(yàn)公式普朗克經(jīng)驗(yàn)公式251( , )1BATAeTe數(shù)學(xué)的內(nèi)插公式，數(shù)學(xué)的內(nèi)插公式，發(fā)表發(fā)表1900年年10月月19日日柏林物理學(xué)

24、會(huì)年會(huì)上柏林物理學(xué)會(huì)年會(huì)上與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合！與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合！為什么？為什么？（1） （2） 普朗克公式在兩端普朗克公式在兩端極限分別退化到極限分別退化到維維恩公式及瑞利恩公式及瑞利- -金斯金斯公式。公式。（3） 經(jīng)典理論的基本觀點(diǎn)經(jīng)典理論的基本觀點(diǎn)（1 1）電磁輻射來(lái)源于物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的振動(dòng)，）電磁輻射來(lái)源于物質(zhì)內(nèi)部帶電粒子的振動(dòng)，電磁波的頻率與振動(dòng)頻率相同。電磁波的頻率與振動(dòng)頻率相同。（2 2）振子的能量取連續(xù)值，振子輻射的電磁波含）振子的能量取連續(xù)值，振子輻射的電磁波含有各種波長(zhǎng)，是連續(xù)的，輻射能量也是連續(xù)的。有各種波長(zhǎng)，是連續(xù)的，輻射能量也是連續(xù)的。（3 3）加熱或光照，振子吸

25、收任意值的能量，溫度升）加熱或光照，振子吸收任意值的能量，溫度升高，振子振動(dòng)加強(qiáng)，輻射能增大；高，振子振動(dòng)加強(qiáng)，輻射能增大；振子輻射任意值振子輻射任意值的能量，振子振動(dòng)劇烈程度降低的能量，振子振動(dòng)劇烈程度降低到十九世紀(jì)末，人們普遍接受物質(zhì)有最小單元（即到十九世紀(jì)末，人們普遍接受物質(zhì)有最小單元（即“量子化量子化”的）；沒(méi)有人懷疑能量連續(xù)性問(wèn)題（包的）；沒(méi)有人懷疑能量連續(xù)性問(wèn)題（包括物理系統(tǒng)能量連續(xù)和物質(zhì)間相互作用時(shí)能量傳遞括物理系統(tǒng)能量連續(xù)和物質(zhì)間相互作用時(shí)能量傳遞的連續(xù)性）的連續(xù)性）普朗克普朗克(M.Planck)(M.Planck)的量子假說(shuō)的量子假說(shuō)* *對(duì)于頻率為對(duì)于頻率為 的振子，振子

26、能量的振子，振子能量不是連續(xù)的，而是分立的，它的取不是連續(xù)的，而是分立的，它的取值是某一最小能量值是某一最小能量 h 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。三、三、 普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式普朗克的能量子假說(shuō)和黑體輻射公式1. 1. 普朗克假定（普朗克假定（19001900）h 普朗克常量普朗克常量經(jīng)典經(jīng)典能量能量 = h 量子量子* *振子輻射（或吸收）能量時(shí)，振子輻射（或吸收）能量時(shí)，從一個(gè)能量狀態(tài)跳變到另一從一個(gè)能量狀態(tài)跳變到另一個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài) mE吸收吸收nE 輻射輻射nEmE( , )BeT)( m40123567892. 2. 普朗克公式普朗克公式選取一定的選取一定的 h 值在全波段值在全波段

27、與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驚人符合！與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驚人符合！結(jié)合玻爾茲曼分布律，結(jié)合玻爾茲曼分布律，普朗克得到：普朗克得到：25/21,1BhckTc heTeerg.s Planck271055. 6 h* *普朗克公式可以解釋普朗克公式可以解釋斯特藩斯特藩玻耳茲曼定玻耳茲曼定律和維恩位移定律。律和維恩位移定律。* *普朗克公式短波和長(zhǎng)波普朗克公式短波和長(zhǎng)波極限下退化到極限下退化到維恩公式維恩公式和和瑞利瑞利- -金斯公式金斯公式。M.V.普朗克普朗克 研究輻射的量子研究輻射的量子理論，提出能量理論，提出能量量子化的假設(shè)量子化的假設(shè)W.維恩維恩 熱輻射定律的熱輻射定律的導(dǎo)出和研究導(dǎo)出和研究普朗克注意到在過(guò)去的理

28、論中，把黑普朗克注意到在過(guò)去的理論中，把黑體中的原子和分子都看成可以吸收或體中的原子和分子都看成可以吸收或輻射電磁波的諧振子，且電磁波與諧輻射電磁波的諧振子，且電磁波與諧振子交換能量時(shí)可以以任一大小的分振子交換能量時(shí)可以以任一大小的分額進(jìn)行，（從額進(jìn)行，（從0到到 大）。普朗克當(dāng)時(shí)大）。普朗克當(dāng)時(shí)大膽地放棄了這一概念，提出了能量大膽地放棄了這一概念，提出了能量的吸收與輻射只能按不連續(xù)的一份一份能量進(jìn)行。的吸收與輻射只能按不連續(xù)的一份一份能量進(jìn)行。 輻射黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻輻射黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波并和周?chē)姶艌?chǎng)交換能量，但這些諧振射電磁波并和周?chē)姶艌?chǎng)交換

29、能量，但這些諧振子只能處于某些特殊的狀態(tài)。它們的能量只能是子只能處于某些特殊的狀態(tài)。它們的能量只能是某些能量子某些能量子 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。nEnh3.2.1nsjh341063. 6 為為諧振諧振子頻率子頻率普朗克量子假設(shè)：普朗克量子假設(shè)：量子數(shù)量子數(shù)普朗克量子假設(shè)：普朗克量子假設(shè)： 輻射黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻輻射黑體是由帶電諧振子組成，這些諧振子輻射電磁波并和周?chē)姶艌?chǎng)交換能量，但這些諧振射電磁波并和周?chē)姶艌?chǎng)交換能量，但這些諧振子只能處于某些特殊的狀態(tài)。它們的能量只能是子只能處于某些特殊的狀態(tài)。它們的能量只能是某些能量子某些能量子 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。nEnh3.2.1n

30、sjh341063. 6 為為諧振諧振子頻率子頻率量子數(shù)量子數(shù)具體講：輻射物體是由一些線性諧振子組成，對(duì)具體講：輻射物體是由一些線性諧振子組成，對(duì)頻率為頻率為 的諧振子，它具有的最小能量是的諧振子，它具有的最小能量是h ，能具，能具有有的其它能量值是的其它能量值是h 的整數(shù)倍，因此它吸收與輻的整數(shù)倍，因此它吸收與輻射的能量也只能是射的能量也只能是h 的整數(shù)倍。即能量只能是：的整數(shù)倍。即能量只能是：hh2h3注意：普朗克這一思想是完全背離經(jīng)典物理，并注意：普朗克這一思想是完全背離經(jīng)典物理，并受到當(dāng)時(shí)許多人的懷疑和反對(duì)，包括當(dāng)時(shí)的物理受到當(dāng)時(shí)許多人的懷疑和反對(duì)，包括當(dāng)時(shí)的物理學(xué)泰斗學(xué)泰斗-洛侖茲。乃至當(dāng)時(shí)普朗克自已也想以某洛侖茲。乃至當(dāng)時(shí)普朗克自已也想以某種方