zk26量子1北京交通大学大学物理.ppt

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多次未交作业多次未交作业易尚雍易尚雍艾里亚尔艾里亚尔艾尼玩艾尼玩郝春晓郝春晓庞天洋庞天洋张学兵张学兵刘霆纹刘霆纹郝生杰郝生杰郝思飘郝思飘迪力亚尔迪力亚尔拜合提亚尔拜合提亚尔尤龙尤龙缺光学作业的同学，下周五补交缺光学作业的同学，下周五补交光学大作业见公邮或个人邮箱。

光学大作业见公邮或个人邮箱。

交光学大作业的截止日期为第交光学大作业的截止日期为第15周。

周。

两次大作业成绩为两次大作业成绩为5分。

分。

参加三次评估，得参加三次评估，得5分。

分。

第第15周的周五下午周的周五下午4点点20至至5点半点半或周六下午或周六下午2点半至点半至4点半加课一次。

点半加课一次。

18.1光的量子性光的量子性18.2物质波物质波18.3一维定态问题一维定态问题第第18章章量子物理基础量子物理基础1.正确正确理解理解普朗克能量子假设、爱因斯坦光量子假设及玻尔关于氢原子系普朗克能量子假设、爱因斯坦光量子假设及玻尔关于氢原子系统量子化假设的含义统量子化假设的含义.正确正确理解理解光和实物粒子的波粒二象性光和实物粒子的波粒二象性,了解波函数的了解波函数的统计解释统计解释.2.理解理解光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦光子理论对这两个光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦光子理论对这两个效应的解释效应的解释.3.理解理解玻尔氢原子理论的三条基本假设玻尔氢原子理论的三条基本假设.理解理解氢原子光谱的实验规律以及玻氢原子光谱的实验规律以及玻尔理论对此所作的正确解释尔理论对此所作的正确解释.4.理解理解实物粒子的波粒二象性、联系波粒二象性的德布罗意公式及电子衍实物粒子的波粒二象性、联系波粒二象性的德布罗意公式及电子衍射实验射实验.5.了解了解了解了解薛定谔方程、波函数应满足的标准化条件及归一化条件的物理意义薛定谔方程、波函数应满足的标准化条件及归一化条件的物理意义.会由简单的一维定态波函数求粒子概率的空间分布会由简单的一维定态波函数求粒子概率的空间分布.（用薛定谔方程求解波用薛定谔方程求解波函数的过程不要求函数的过程不要求）6.理解理解不确定关系并能用它对微观粒子某些物理量进行简单的估算不确定关系并能用它对微观粒子某些物理量进行简单的估算.7.理解理解描述原子系统电子运动状态的四个量子数的物理意义及其相应的取描述原子系统电子运动状态的四个量子数的物理意义及其相应的取值范围值范围.8.了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构.&学习要求学习要求量子物理概论量子物理概论在本世纪初在本世纪初,发生了三发生了三次概念上的革命，它们次概念上的革命，它们深刻地改变了人们对物深刻地改变了人们对物理世界的了解，这就是理世界的了解，这就是狭义相对论狭义相对论（1905（1905年年）、广义相对论广义相对论（1916（1916年年）和和量子力学量子力学（1925（1925年年）.）.杨振宁杨振宁经典物理的困难：

经典物理的困难：

实验一实验一实验一实验一、热辐射规律热辐射规律热辐射规律热辐射规律实验二、光电效应实验二、光电效应实验二、光电效应实验二、光电效应康普顿康普顿康普顿康普顿效应效应效应效应实验三、原子结构实验三、原子结构实验三、原子结构实验三、原子结构实验四、固体比热容实验四、固体比热容实验四、固体比热容实验四、固体比热容固体的比热容固体的比热容:

在低温时的值与理论结果相差很大在低温时的值与理论结果相差很大现在知道：

现在知道：

T-0K时，量子效应显著，必须用量子统计进时，量子效应显著，必须用量子统计进行计算。

行计算。

原子的核式结构与原子的核式结构与原子光谱是分立的原子光谱是分立的经典理论的困难经典理论的困难玻尔的原子理论玻尔的原子理论光的波粒二象性光的波粒二象性18-1光的量子性光的量子性18-1-1黑体辐射黑体辐射18-1-2光电效应光电效应18-1-3康普顿效应康普顿效应18-1-4玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论本次课重点本次课重点:

1.掌握掌握黑体概念和黑体辐射的两个实验定律黑体概念和黑体辐射的两个实验定律2.掌握掌握普朗克量子假设普朗克量子假设3.掌握掌握爱因斯坦光子假说爱因斯坦光子假说4.掌握掌握康普顿散射公式康普顿散射公式实验表明，任何物体在任何温度下都在不停实验表明，任何物体在任何温度下都在不停向周围发射电磁波，其波谱是连续的。

下列向周围发射电磁波，其波谱是连续的。

下列几种情况哪些是热辐射？

几种情况哪些是热辐射？

A.霓虹灯发出的光霓虹灯发出的光B.熔炉中铁水发出的光熔炉中铁水发出的光C.人体发出的远红外光人体发出的远红外光#1b1301041a下列物体哪个是绝对黑体下列物体哪个是绝对黑体A.黑色的物体黑色的物体B.不吸收任何光线的物体不吸收任何光线的物体C.不反射可见光的物体不反射可见光的物体D.不反射任何光线的物体不反射任何光线的物体#1a1301001a80%80%#1a1301001b黑体的单色辐出度取决于：

黑体的单色辐出度取决于：

A.构成黑体的材料构成黑体的材料B.黑体表面的特性黑体表面的特性C.黑体的温度黑体的温度D.以上都是以上都是按照经典理论来计算，黑体的单色辐出度在按照经典理论来计算，黑体的单色辐出度在短波长部分，随着波长的减小，结果为无穷短波长部分，随着波长的减小，结果为无穷大。

该结果为：

大。

该结果为：

A.维恩位移定律维恩位移定律B.斯特藩斯特藩-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律C.紫外灾难紫外灾难D.普朗克的量子假设普朗克的量子假设#1a1301042a&基本概念基本概念1.热辐射（热辐射（heatradiation）物体受热就会发光物体受热就会发光,温度不同时温度不同时,辐射的波长不同辐射的波长不同例如：

加热铁块，例如：

加热铁块，温度温度看不出发光看不出发光暗红暗红橙色橙色黄白色黄白色这种这种与温度有关与温度有关的的电磁辐射，电磁辐射，称为称为热辐射。

热辐射。

激光激光、日光灯发光就不是热辐射。

日光灯发光就不是热辐射。

并不是所有发光现象都是热辐射，并不是所有发光现象都是热辐射，14但是强度不同。

但是强度不同。

热辐射强度按波长热辐射强度按波长（频率频率）的分布和温度有关，的分布和温度有关，极高温物体发出的是极高温物体发出的是紫外光。

紫外光。

炽热物体发出的是炽热物体发出的是可见光，可见光，低温物体发出的是低温物体发出的是红外光，红外光，温度温度短波长的电磁波的比例短波长的电磁波的比例。

任何物体（气、液、固）在任何温度下，任何物体（气、液、固）在任何温度下，都会有热辐射。

都会有热辐射。

热辐射波谱是热辐射波谱是连续谱，连续谱，各种波长各种波长（频率频率）都有，都有，15红外照相机拍摄的人的头部的红外照相机拍摄的人的头部的热图热图热的地方显白色，冷的地方显黑色热的地方显白色，冷的地方显黑色16鸟的羽毛的颜色是不是热辐射？

鸟的羽毛的颜色是不是热辐射？

单色辐出单色辐出度度总辐总辐出度出度一一、热辐射现象热辐射现象W/m2W/m318-1-1黑体辐射黑体辐射在在单位时间单位时间内，从物体表面内，从物体表面单位面积单位面积上所发射的波长在上所发射的波长在到到+d范围内范围内的辐射能量与波长间隔的比值，称为单色辐出度。

的辐射能量与波长间隔的比值，称为单色辐出度。

单位时间内从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为单位时间内从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射能，称为物体的辐出度。

物体的辐出度。

M取决于取决于T，物质种类和表面情况等。

，物质种类和表面情况等。

任一物体向周围发射辐射能的同时，也吸收周围物体发射的任一物体向周围发射辐射能的同时，也吸收周围物体发射的辐射能。

辐射能。

绝对黑体绝对黑体:

能完全吸收照射到它上面的各种波长的光的物体能完全吸收照射到它上面的各种波长的光的物体.单色吸收比单色吸收比对于不透明物体对于不透明物体:

=1单色反射比单色反射比=0黑体是黑体是理想模型理想模型单色透射比单色透射比下列物体哪个是绝对黑体下列物体哪个是绝对黑体A.黑色的物体黑色的物体B.不吸收任何光线的物体不吸收任何光线的物体C.不反射可见光的物体不反射可见光的物体D.不反射任何光线的物体不反射任何光线的物体#1a1301001aBAnA3A2A1T把几个把几个温度不同温度不同的物体的物体B,A1,A2,An放入与外界放入与外界隔绝隔绝的的真空真空封闭容器内封闭容器内各物体间互不接触。

各物体间互不接触。

B是绝对黑体是绝对黑体A1,A2,An不是绝对黑体不是绝对黑体经一段时间后，这些物体与容器经一段时间后，这些物体与容器达到共同温度达到共同温度T热平衡状态热平衡状态平衡热辐射平衡热辐射实验实验这种这种温度不变温度不变的热辐射称之为的热辐射称之为平衡热辐射。

平衡热辐射。

则物体的温度恒定。

则物体的温度恒定。

若物体所吸收的能量等于在若物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量，同一时间内辐射的能量，在在同样温度同样温度下下,各种不同物体各种不同物体对相同波长对相同波长的的单色辐出度与单色吸收比的比值都相等单色辐出度与单色吸收比的比值都相等,都等于该温度下都等于该温度下黑体黑体对同一波长的对同一波长的单色辐出度单色辐出度.二二、基尔霍夫辐射定律基尔霍夫辐射定律这表明：

这表明：

1）黑体）黑体单色辐出度单色辐出度最大最大2）好的辐射体也是好的吸收体）好的辐射体也是好的吸收体黑体的单色辐出度黑体的单色辐出度只与温度和波长有关而和材料及表只与温度和波长有关而和材料及表面状态无关。

面状态无关。

利用黑体可撇开材料的具体性质来普遍利用黑体可撇开材料的具体性质来普遍地研究热辐射地研究热辐射本身的规律。

本身的规律。

就散热而言，最好用什么颜色来涂刷一个散热器？

就散热而言，最好用什么颜色来涂刷一个散热器？

#1a1301001cA.白色白色B.黑色黑色C.金属色金属色D.其他颜色其他颜色E.这其实不重要这其实不重要维恩设计维恩设计的黑体的黑体&黑体辐射的黑体辐射的实验实验规律规律黑体是理想模型黑体是理想模型,近似黑体如图近似黑体如图:

实验用类似模型可以控制不同实验用类似模型可以控制不同的恒定温度的恒定温度,并设置色散装置并设置色散装置,可测量黑体的单色辐出度可测量黑体的单色辐出度.测量物体的单色辐出度的实验装置测量物体的单色辐出度的实验装置:

空腔辐射器是用耐火材料做成的，可以用电炉加热到各种温度。

空腔辐射器是用耐火材料做成的，可以用电炉加热到各种温度。

由小孔发出的辐射经分光系统（光栅）按频率分开，用涂黑的由小孔发出的辐射经分光系统（光栅）按频率分开，用涂黑的热电偶探测各频段辐射能的强度。

热电偶探测各频段辐射能的强度。

（1）斯特藩斯特藩-玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律:

实验曲线下的面积实验曲线下的面积总辐出度总辐出度斯特藩常量斯特藩常量=5.6710-8W/（m2K4）

（2）维恩位移定律维恩位移定律:

Tm=b维恩常量维恩常量b=2.89710-3mK2200k2000k1800k1600kumM0（T）（Wcm-3m-1）黑体单色辐出黑体单色辐出度度M极大值对极大值对应的波长应的波长m与与温度的关系温度的关系1879年，斯特藩年，斯特藩1884年，玻尔兹曼年，玻尔兹曼1893年，维恩年，维恩1.若太阳近似看作黑体若太阳近似看作黑体,从太阳光谱测得从太阳光谱测得太阳表面温度太阳表面温度2.地球表面温度约为地球表面温度约为300K说明地面的热辐射主要处在说明地面的热辐射主要处在红外波段红外波段红外遥感红外遥感.简单估算简单估算:

斯斯特特藩藩玻玻耳耳兹兹曼曼定定律律和和维维恩恩位位移移定定律律是是测测量量高高温温、遥感和红外追踪等的物理基础。

遥感和红外追踪等的物理基础。

例题例题:

实验测得实验测得太阳太阳波谱中的波谱中的m=490nm,若将太阳视为若将太阳视为黑体黑体,试计算试计算

（1）太阳单位表面积上所发射的功率太阳单位表面积上所发射的功率.

（2）地球每秒接受的地球每秒接受的太阳辐射能太阳辐射能（已知太阳半径已知太阳半径Rs=6.96108m,地球半径地球半径为为RE=6.37106m，地球到太，地球到太阳的