东南大学《大学物理》课件-第15章.pdf

量量 子子 物物 理理 第第十五十五章章 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版215-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论15-3 15-3 康普顿效应康普顿效应15-2 15-2 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性15-015-0 教学基本要求教学基本要求本章目录本章目录 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版315-8 15-8 量子力学简介量子力学简介15-9 15-9 氢原子的量子理论简介氢原子的量子理论简介 *15-10 15-10 多电子原子中的电子分布多电子原子中的电子分布*1515-5 -5 弗兰克弗兰克-赫兹实验赫兹实验15-6 15-6 德布罗意波德布罗意波 实物粒子的二象性实物粒子的二象性15-7 15-7 不确定关系不确定关系 本章目录本章目录 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版4 一一 了解了解热辐射的两条实验定律：斯热辐射的两条实验定律：斯特藩特藩 -玻耳兹曼定律和维恩位移定律，玻耳兹曼定律和维恩位移定律，以及经典物理理论在说明热辐射的能量按以及经典物理理论在说明热辐射的能量按频率分布曲线时所遇到的困难频率分布曲线时所遇到的困难.理解理解普朗普朗克量子假设克量子假设.15-0 15-0 教学基本要求教学基本要求 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版5 三三 理解理解康普顿效应的实验规律，以康普顿效应的实验规律，以及光子理论对这个效应的解释及光子理论对这个效应的解释.理解光的理解光的波粒二象性波粒二象性.二二 了解了解经典物理理论在说明光电效经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的困难应的实验规律时所遇到的困难.理解理解爱因爱因斯坦光量子假设，掌握爱因斯坦方程斯坦光量子假设，掌握爱因斯坦方程.15-0 15-0 教学基本要求教学基本要求 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版6 五五 了解了解德布罗意假设及电子衍射实德布罗意假设及电子衍射实验验.了解实物粒子的波粒二象性了解实物粒子的波粒二象性.理解理解描述描述物质波动性的物理量（波长、频率）和描物质波动性的物理量（波长、频率）和描述粒子性的物理量（动量、能量）之间的述粒子性的物理量（动量、能量）之间的关系关系.四理解四理解氢原子光谱的实验规律及玻氢原子光谱的实验规律及玻尔氢原子理论尔氢原子理论.15-0 15-0 教学基本要求教学基本要求 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版7 七七 了解了解波函数及其统计解释波函数及其统计解释.了解了解一维定态的薛定谔方程，一维定态的薛定谔方程，以及量子力学以及量子力学中用薛定谔方程处理一维无限深势阱等微中用薛定谔方程处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法观物理问题的方法.六六 了解了解一维坐标动量不确定关系一维坐标动量不确定关系.15-0 15-0 教学基本要求教学基本要求 第十五章第十五章 量子物理量子物理物理学物理学第五版第五版8本章目录本章目录选择进入下一节：选择进入下一节：15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设15-4 15-4 氢原子的玻尔理论氢原子的玻尔理论15-3 15-3 康普顿效应康普顿效应15-2 15-2 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性15-015-0 教学基本要求教学基本要求*1515-5 -5 弗兰克弗兰克-赫兹实验赫兹实验第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版1 量子概念是量子概念是 1900 年普朗克首先提出，年普朗克首先提出，距今已有距今已有 100 多年的历史多年的历史.其间，经过爱其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到力，到 20 世纪世纪 30 年代，就建立了一套年代，就建立了一套完整的量子力学理论完整的量子力学理论.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版2一一 黑体黑体 黑体辐射黑体辐射1 热辐射的基本概念热辐射的基本概念 （1）单色辐射出射度单色辐射出射度 单位时间内从物单位时间内从物体单位表面积发出的频率在体单位表面积发出的频率在 附近单位频率附近单位频率区间内的电磁波的能量区间内的电磁波的能量.单位：单位：)(TM3mW-单位：单位：12HzmW-)(TM第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版3（2）辐射出射度辐射出射度 单位时间，单位面积上所辐射出的各种单位时间，单位面积上所辐射出的各种频率（或各种波长）的电磁波的能量总和频率（或各种波长）的电磁波的能量总和.0d)()(TMTM0d)()(TMTM第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版40 2 4 6 8 10 12Hz10/1421210468)/(128HzmW10TM太阳太阳)/(129HzmW10-TM钨丝钨丝K 800 5T可见可见光区光区 太阳太阳 钨丝钨丝钨丝和太阳的单色辐出度曲线钨丝和太阳的单色辐出度曲线第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版5 2 黑体黑体 黑体是理想黑体是理想模型模型 若物体在任何温度下，能吸收一切外来若物体在任何温度下，能吸收一切外来的电磁辐射，则的电磁辐射，则称此物体为黑体称此物体为黑体.（绝对黑体）（绝对黑体）第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版6第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版70 1 000 2 0000.5 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区m黑黑体体单单色色辐辐出出度度的的实实验验曲曲线线1.0二二 黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律6 6 000000 K K3 3 000000 K K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版81 斯特藩斯特藩 -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律40d)()(TTMTM428Km W10670.5斯特藩斯特藩 -玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数总辐出度总辐出度式中式中0 1 000 2 0001.0 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区m0.56 6 000000 K K3 3 000000 K K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版92 维恩位移定律维恩位移定律bT mKm 10898.23b常量常量 峰值波长峰值波长0 1 000 2 0001.0 )mW10/()(314TMnm/可见光区可见光区m0.56 6 000000 K K3 3 000000 K K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版10nm 890 9nm29310898.231mTb解解（1）由维恩位移定律由维恩位移定律 例例1（1）温度为温度为 的黑体，其单色辐的黑体，其单色辐出度的峰值所对应的波长是多少？出度的峰值所对应的波长是多少？(2)太阳的太阳的单色辐出度的峰值波长单色辐出度的峰值波长 ，试由，试由此估算太阳表面的温度此估算太阳表面的温度.（3）以上两辐出度以上两辐出度之比为多少？之比为多少？C20nm 483m第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版115412121076.1)()()(TTTMTM（2）（3）由由斯特藩斯特藩 -玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律K 000 6K1048310898.293m2bT由维恩位移定律由维恩位移定律第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版12三三 瑞利瑞利-金斯公式金斯公式 经典物理的困难经典物理的困难)HzmW10/()(-1-29TM0 1 2 3 6Hz10/142 4瑞利瑞利 -金斯公式金斯公式紫外灾难紫外灾难实验曲线实验曲线*T=2 000 K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版13普朗克（普朗克（1858 1947）德国理论物理学家，量子论德国理论物理学家，量子论的奠基人的奠基人.1900年年12月月14日他在日他在德国物理学会上，宣读了以德国物理学会上，宣读了以关关于正常光谱中能量分布定律的理于正常光谱中能量分布定律的理 论论为题的论文，为题的论文，提出了能量的量子提出了能量的量子 化假设化假设.劳厄称这劳厄称这 一天是一天是“量子论量子论 的诞生日的诞生日”.量子论和相对论构成了近代物量子论和相对论构成了近代物 理学的研究基础理学的研究基础.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版14四四 普朗克假设普朗克假设 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式1ed2d)(/32kThchTM1 普朗克黑体辐射公式普朗克黑体辐射公式sJ1063.634h普朗克常数普朗克常数第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版150 1 2 3 6Hz 10/14)HzmW10/()(1-29TM瑞利瑞利 -金斯公式金斯公式2 4普朗克公式的理论曲线普朗克公式的理论曲线实验值实验值*实实验验值值与与普普朗朗克克公公式式理理论论曲曲线线比比较较T=2 000 K第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版16 黑体中的分子、原子的振动可看作谐振黑体中的分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应子，这些谐振子的能量状态是分立的，相应的能量是某一最小能量的整数倍的能量是某一最小能量的整数倍,即即，2 ，3，n,称为能量子，称为能量子，n 为量子数为量子数.2 普朗克量子假设普朗克量子假设)321(,nnh 普朗克量子假设是量子力学的里程碑普朗克量子假设是量子力学的里程碑.第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版17 （2）当量子数由当量子数由 增加到增加到 时，振时，振幅的变化是多少？幅的变化是多少？n1n 例例2 设一音叉尖端质量为设一音叉尖端质量为 0.050 kg，将将其频率调到其频率调到 ，振幅，振幅 .求求mm 0.1AHz 480（1）尖端振动的量子数；尖端振动的量子数；解解（1）J 227.0)2(21212222AmAmE第十五章第十五章 量子物理量子物理15-1 15-1 黑体辐射黑体辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设物理学物理学第五版第五版18nhE 291013.7hEn基元能量基元能量J1018.331h（2）mnhmEA222222nhE nmhAAd