第一章绪论 内容简介:在简单回顾和罗列经典物理困难的基础 上,本章扼要的介绍了普朗克的能量量子化的概念、 爱因斯坦的光量子和玻尔的量子论,以及如何利用 这些量子化的假说解决经典困难。然后引入光的波 粒二象性和德布罗意波。本章的许多结果,最后虽 然被量子力学在更高的水平上重新给出,但本章的 许多概念,即使在今天,对于物理学工作者仍然是 极其重要的
第一章 绪论 内容简介：在简单回顾和罗列经典物理困难的基础 上，本章扼要的介绍了普朗克的能量量子化的概念、 爱因斯坦的光量子和玻尔的量子论，以及如何利用 这些量子化的假说解决经典困难。然后引入光的波 粒二象性和德布罗意波。本章的许多结果，最后虽 然被量子力学在更高的水平上重新给出，但本章的 许多概念，即使在今天，对于物理学工作者仍然是 极其重要的
第一章绪论 1.1经典物理学的困难 1.2玻尔的量子理论 1.3微观粒子的波粒二象性
1.1 经典物理学的困难 1.2 玻尔的量子理论 1.3 微观粒子的波粒二象性 第一章 绪论
11经典物理的困难 黑体辐射 1.黑体 定义:如果一个物体在任何温度下,对任何波长的电磁 波都完全吸收,而不反射与透射,则称这种物体为绝 对黑体,简称黑体。 说明: (1)黑体是个理想化的模型。 (2)对于黑体,在相同温度下的辐射规律是相同的
1.1经典物理的困难 一、黑体辐射 1.黑体 定义：如果一个物体在任何温度下，对任何波长的电磁 波都完全吸收，而不反射与透射，则称这种物体为绝 对黑体，简称黑体。 说明： (1)黑体是个理想化的模型。 (2)对于黑体，在相同温度下的辐射规律是相同的
11经典物理的困难 2.热辐射 热辐射现象:任何温度下,宏观物体都要向外辐射电磁 波。电磁波能量的多少,以及电磁波按波长的分布都 与温度有关,故称为热辐射。 热平衡现象:辐射和吸收的能量恰相等时称为 热平衡。此时温度恒定不变
2. 热辐射 热辐射现象：任何温度下，宏观物体都要向外辐射电磁 波。电磁波能量的多少，以及电磁波按波长的分布都 与温度有关，故称为热辐射。 热平衡现象：辐射和吸收的能量恰相等时称为 热平衡。此时温度恒定不变。 1.1经典物理的困难
11经典物理的困难 3.与辐射有关的物理量 单色辐出度 从热力学温度为T的黑体的单位面积上、单位时间内 在单位波长范围内所辐射的电磁波能量,称为单色辐射出 射度,简称单色辐出度,用MA(T表示。 辐射出射度 在单位时间内,从热力学温度为T的黑体的单位面 积上、所辐射的各种波长范围的电磁波的能量总和, 称为辐射出射度,简称辐出度。 M()=.M2d
1.1经典物理的困难 0 M T M d ( ) = 3. 与辐射有关的物理量 单色辐出度 从热力学温度为T 的黑体的单位面积上、单位时间内、 在单位波长范围内所辐射的电磁波能量，称为单色辐射出 射度，简称单色辐出度，用Mλ(T)表示。 辐射出射度 在单位时间内，从热力学温度为T的黑体的单位面 积上、所辐射的各种波长范围的电磁波的能量总和 ， 称为辐射出射度，简称辐出度
11经典物理的困难 4.黑体辐射 黑体辐射 如图1.1所示,可以 将一空腔看作黑体,当 束光线如射时,它将 被完全吸收而无法逃出。 当空腔与内部的辐射处 于平衡时,腔壁单位面 积所发射的辐射能量和 它所吸收的辐射能量相 等 入射光线
黑体辐射 图1.1 4.黑体辐射 如图1.1所示，可以 将一空腔看作黑体，当 一束光线如射时，它将 被完全吸收而无法逃出。 当空腔与内部的辐射处 于平衡时，腔壁单位面 积所发射的辐射能量和 它所吸收的辐射能量相 等。 入 射 光 线 1.1经典物理的困难
1.1经典物理的困难 4.1斯特藩-玻尔兹曼定律 黑体的辐出度与黑体的热M 1700k 力学温度的四次方成正比,这 就是斯特藩一玻耳兹曼定律。 1500k 1300k M(T=or4 图12
1.1经典物理的困难 4.1 斯特藩-玻尔兹曼定律 黑体的辐出度与黑体的热 力学温度的四次方成正比，这 就是斯特藩⎯-玻耳兹曼定律。 ( ) 4 M T T = =5.67×10-8W· m-2· K-4为斯 特藩⎯-玻耳兹曼常量 M T( ) 1700k 1500k 1300k 图1.2
1.1经典物理的困难 无法显示该图片 42维恩位移定理 随着黑体温度的升高,其单色辐出度最大 值n所对应的波长按照7的规律向短波方向 移动,即 九T=b b=2897756×10-3m.K 从图12可看出单色辐出度最大值随温度的变化
1.1经典物理的困难 随着黑体温度的升高，其单色辐出度最大 值 所对应的波长按照 的规律向短波方向 移动，即 m T b = m 1 T − 3 b m K 2.897756 10− = 4.2 维恩位移定理 从图1.2可看出单色辐出度最大值随温度的变化
1.1经典物理的困难 43维恩公式 说明:维恩公式只在短波 波段与实验符合,而在长 维恩假定了谐振子的能波波段与实验差别较大 量按频率的分布类似于如图13 麦克斯韦速率分布律, M(lA 然后用经典统计物理学 方法导出了下面的公式 实验值 M2(7 e LT 维恩线≠ 为实验确定的参数 23456789Xm 图13
1.1经典物理的困难 4.3 维恩公式 维恩假定了谐振子的能 量按频率的分布类似于 麦克斯韦速率分布律， 然后用经典统计物理学 方法导出了下面的公式 2 1 5 ( ) c T c M T e − = 1 c 2 、 c 为实验确定的参数 说明：维恩公式只在短波 波段与实验符合，而在长 波波段与实验差别较大。 如图1.3 图1.3
1.1经典物理的困难 44瑞利-金斯公式 说明:瑞利-金斯公式在 长波波段与实验符合得很 1900年,瑞利和金斯根好,但在短波波段与实验 据经典电动力学和经典有明显差异,这就是著名 统计力学理论导出黑体的“紫外灾难”。如图 单色辐出度与波长和温14 度关系的函数: 爪T)实验值 ckt 瑞利-金斯线 k=1.380658×10 K k为玻尔兹曼常数 图14
1.1经典物理的困难 4.4 瑞利-金斯公式 k 4 2 ( ) ckT M T = 23 1 k J K 1.380658 10− − = 1900年，瑞利和金斯根 据经典电动力学和经典 统计力学理论导出黑体 单色辐出度与波长和温 度关系的函数： 为玻尔兹曼常数 说明：瑞利-金斯公式在 长波波段与实验符合得很 好，但在短波波段与实验 有明显差异，这就是著名 的“紫外灾难”。如图 1.4 图1.4