第15章量子力学基础 人们用经典物理解释黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等实验规律时,遇到了不可 克服的困难经过不断的探索和研究终于突破了经典物理的传统观念,建立起量子理论 量子理论和相对论是现代物理学的两大支柱. 量子理论的诞生对研究原子、电子、质子、光子等微观粒子的运动规律提供了正 确的导向从此使物理学发生了一次历史性的飞跃促进了原子能、激光、超导、半导 体等众多新技术的生产和发展本章前部分分别介绍黑体辐射、光电效应、氢原子光 谱等实验规律以及为解释这些实验规律而提出的量子假设即早期的量子论.本章的后 部分简要介绍量子力学的基本概念及原理,并通过几个具体事例的讨论说明量子力学 处理问题的一般方法 §151黑体辐射与普朗克的量子假设 黑体辐射的基本规律 1热辐射 组成物体的分子中都包含着带电粒子,当分子作热运动时物体将会向外辐射电磁 波,由于这种电磁波辐射与物体的温度有关故称其为热辐射实验表明,热辐射能谱是 连续谱,发射的能量及其按波长的分布是随物体的温度而变化的随着温度的升高不仅 辐射能在增大而且辐射能的波长范围向短波区移动. 物体在辐射电磁波的同时,也吸收投射到物体表面的电磁波理论和实验表明,物体 的辐射本领越大,其吸收本领也越大,反之亦然当辐射和吸收达到平衡时,物体的温度 不再变化而处于热平衡状态这时的热辐射称为平衡热辐射 为描述物体热辐射能按波长的分布规律,引入单色辐射出射度(简称单色辐出度) 这一物理量,其定义为:物体单位表面积在单位时间内发射的、波长在λ→λ+dλ范围 内的辐射能dM与波长间隔dλ的比值,用M(T)表示,即 12()=M (15.1) 而辐出度定义为 M(T)=SM,(T)dn 2黑体辐射的基本规律 投射到物体表面的电磁波,可能被物体吸收,也可能被物体反射和透射能够全部吸 收各种波长的辐射能而完全不发生反射和透射的物体称为绝对黑体简称黑体绝对黑 体是一种理想模型,实验室中用不透明材料制成带有小孔的空腔物体可近似看作黑体1 第 15 章 量子力学基础 人们用经典物理解释黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等实验规律时,遇到了不可 克服的困难.经过不断的探索和研究,终于突破了经典物理的传统观念,建立起量子理论. 量子理论和相对论是现代物理学的两大支柱. 量子理论的诞生,对研究原子、电子、质子、光子等微观粒子的运动规律提供了正 确的导向.从此使物理学发生了一次历史性的飞跃,促进了原子能、激光、超导、半导 体等众多新技术的生产和发展.本章前部分,分别介绍黑体辐射、光电效应、氢原子光 谱等实验规律以及为解释这些实验规律而提出的量子假设,即早期的量子论.本章的后 部分简要介绍量子力学的基本概念及原理,并通过几个具体事例的讨论说明量子力学 处理问题的一般方法. §15.1 黑体辐射与普朗克的量子假设 一、黑体辐射的基本规律 1 热辐射 组成物体的分子中都包含着带电粒子,当分子作热运动时物体将会向外辐射电磁 波,由于这种电磁波辐射与物体的温度有关,故称其为热辐射.实验表明,热辐射能谱是 连续谱,发射的能量及其按波长的分布是随物体的温度而变化的.随着温度的升高,不仅 辐射能在增大,而且辐射能的波长范围向短波区移动. 物体在辐射电磁波的同时,也吸收投射到物体表面的电磁波.理论和实验表明,物体 的辐射本领越大,其吸收本领也越大,反之亦然.当辐射和吸收达到平衡时,物体的温度 不再变化而处于热平衡状态,这时的热辐射称为平衡热辐射. 为描述物体热辐射能按波长的分布规律,引入单色辐射出射度（简称单色辐出度） 这一物理量,其定义为：物体单位表面积在单位时间内发射的、波长在  → + d 范围 内的辐射能 dM与波长间隔 d的比值,用 M(T)表示,即  =   d dM M (T ) (15.1) 而辐出度定义为   =   0 M(T) M (T)d (15.2) 2 黑体辐射的基本规律 投射到物体表面的电磁波,可能被物体吸收,也可能被物体反射和透射.能够全部吸 收各种波长的辐射能而完全不发生反射和透射的物体称为绝对黑体,简称黑体.绝对黑 体是一种理想模型,实验室中用不透明材料制成带有小孔的空腔物体可近似看作黑体