14黑体辐射的实验规律 PPT

光电效应——光的微粒说——爱因斯坦
•爱因斯坦光量子假说(1905)
1）光束——粒子流——光子（光量子）流
hν 2）光子的能量
3）单色光的强度 I Nhν
•爱因斯坦光电效应方程
hν1mV2 W 2m
逸出功
光电效应——光的微粒说——爱因斯坦
hν1mV2 W 2m
密立根
1916年，密立根的实验结果完全肯定了爱因斯坦的 光电效应方程，并且测出当时最好的普朗克常数h的值。
M (T)
普朗克公式曲线
普朗克
1.02.0 3.04.0 5.0 6.07.0 8.0 9.0
该公式与实验数据符合得很好！
量子概念的诞生
普朗克量子假说
1900年12月14 日
hν
能量不连续，只能取某一最小能量的 整数倍!!!!!
E n n
n1.2.3 量子数
h = 6.6310-34J·s 称为普朗克恒量
作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。
量子概念的诞生
量子论这个精灵蹦跳在时代的最前缘，它 需要最有锐气的头脑和最富有创见的思想来激 活它的灵气。
hν
20世纪初，物理学的天空中已是黑云压城， 每一升空气似乎都在激烈地对流和振荡。
一个伟大的时代需要伟大的人物，有史 以来最出色和最富激情的 “黄金一代” 物理学家便在这乱世的前夕成长起来。
14黑体辐射的实验规律
第十五章 量子物理基础
热辐射 普朗克的量子假设
１
光电效应 爱因斯坦的光子理论
康普顿效应
２
波尔氢原子理论
３
实物粒子的波粒二象性
不确定关系
波函数 薛定谔方程
４
一维定态问题
量子理论的三大先驱
玻尔
1913年
普朗克
1900年 量子概念
爱因斯坦
1905年
量子概念的诞生
问题：
ห้องสมุดไป่ตู้
热辐射 实验
但他研究的初衷不是去证明爱因斯坦的光电 效应公式，而是要推翻爱因斯坦的公式。
M (T)
60
2200K
50
40 2000K
30
20
1800K
10
1600K
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
热辐射规律的理论解释
实验规律——找到了 实验曲线——画出来了
下一步
要上升到理论：从理论上找到符合实验曲线
的函数式
热辐射规律的理论解释
热辐射的理论解释M (T)
当时经典物理占统治地位，人们自然用经典学 理论来解释热辐射并建立了两个公式：
绝对黑体
辐射能量 与 T、λ的规律
不能一个物体一个物体分别来研究
基尔霍夫——理想模型：绝对黑体
在任何温度、对于任何波长的外来辐射的 吸收率均为 1 的物体。
绝对黑体
注意：
一个开有小孔的内表 面粗糙的空腔可近似 看成理想的黑体。
一般物体——吸收 反射 透射
绝对黑体——吸收
辐射
绝对黑体
注意：
黑体当其自身的热辐射很弱时，看上去是黑洞洞的。
？
何谓热辐射
物体在任一温度下发射从红外线、可见光到
紫外线的λ连续的电磁波。
何谓热辐射
物体在任一温度下发射从红外线、可见光到
紫外线的λ连续的电磁波。
0.6 mm～760 nm之间的电磁波称为红外线
760nm～400nm之间的电磁波称为可见光
（可见光在整个电磁波谱中所占的波段最窄）
400nm～5nm之间的电磁波称为紫外线
量子理论的三大先驱
玻尔15
普朗克42
1900年 量子概念
爱因斯坦21
1905年
问题：
2. 什么是光电效应？
光电效应——光的微粒说——爱因斯坦
光电子
1. 存在红限频率。 2. 光照到金属表面光电流立即产生。 3. 光的最大动能只与光的频率有关，与光强无关。 4. 存在饱和光电流。
金属
爱因斯坦——190—5年—光量子理论
1.02.0 3.04.05.0 6.0 7.08.0 9.0
1）维恩公式（Wien’s formula）
维恩公式在长波 方面与实验不符
1896年德国维恩（Wien）从热力学普遍理论
出发导出
热辐射规律的理论解释
2）瑞利--金斯公式（Rayleigh-jean’s formula）
1900.6年瑞利--金斯利从电动力学和统计力学
种方式来消除 En nh 这一关系式。它写道：
“我试图将h 纳入经典理论的范围，但一切
这样的尝试都失败了，这个量非常顽固”。后来 他又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒 劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。 我的一些同事把这看成是悲剧，但我有自已的看 法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处 ，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道
如远处不点灯的建筑物
若室内点灯
（自身辐射较强）
好的吸收体也是好的辐射体
绝对黑体
注意：
一个开有小孔的内表 面粗糙的空腔可近似 看成理想的黑体。
一般物体——吸收 反射 透射
绝对黑体——吸收
辐射
整个热辐射研究可简化为黑体辐射的研究
热辐射的实验曲线
热辐射的实验规律
21080000000度度度 火 炉
炉火纯青
出发导出
紫外灾难
M (T)
1.02.0 3.04.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
公式在短波区域 明显与实验不符， 而理论上却找不出 错误
新实验 经典物理
0 结果
尖锐矛盾
相对论
紫外灾难
量子论
量子概念的诞生
普朗克公式（Planck’s formula）
1900.10.19年德国物理学家普朗克根据实验数据拼凑了 一个公式：“普朗克公式”
量子概念的诞生
量子理论带来了出人意料的 科学上
hν 技术上 社会上 哲学上 的多种多样的新鲜成果 也逐渐成了20世纪物理学中的“唯一思想模式”
揭示了微观世界中一个重要规律， 开创了物理学的一个全新领域。
量子概念的诞生
“这一发现成为20世纪整个物理研究的基础，从 那时起，几乎完全决定了物理学的发展”。
它们都是由原子的外层电子自发辐射产生的．
何谓热辐射 固体在温度升高时颜色的变化
1400 K
因辐射与温度有关，故称热辐射
1200 K
1000 K 800 K
1406000000度度度 火 炉
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问
辐射能量 与 T、λ有规律吗？
成为19世纪末炼钢、电灯照明 急待解决的课题
——爱因斯坦
hν 事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，
1918年因此而获得诺贝尔奖。
普朗克诞辰100周年德国发行的2马克面值的纪念硬币
哥庭根市公墓： h = 6.6310-34J·s
量子概念的诞生
注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并 受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理 学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某