量子概念

爱因斯坦在1918年 爱因斯坦在1918年4月普朗克六十岁生日庆祝会上 1918 的一段讲话： 的一段讲话： 在科学的殿堂里有各种各样的人： “在科学的殿堂里有各种各样的人：有人爱科学是 为了满足智力上的快感； 为了满足智力上的快感；有的人是为了纯粹功利的 目的。 目的。而普朗克热爱科学是为了得到现象世界那些 普遍的基本规律， 普遍的基本规律， … … 他成了一个以伟大的创造性观念造福于世界的人。 他成了一个以伟大的创造性观念造福于世界的人。 ”
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腔 壁 上 的 原 子
能 电 量 磁 波
普朗克量子假设
能量子假说:辐射黑体中的分子、 能量子假说 辐射黑体中的分子、原子振动可看作线性 辐射黑体中的分子 谐振子，它和周围电磁场交换能量。 谐振子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能 处于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小 处于某种特殊的状态， 能量 （称为能量子）的整数倍， h ν 称为能量子）的整数倍，即：
2. 普朗克的能量子假说 “一定要不惜任何代价 找到一个理论根 据” 量子力学 的生日
1900.12.14普朗克在德国物理学会上报告了论文“关 普朗克在德国物理学会上报告了论文“ 普朗克在德国物理学会上报告了论文 于正常谱中能量分布的理论” 于正常谱中能量分布的理论” 从理论上推出了普朗克公式 基本物理思想： 基本物理思想： • 辐射黑体中的分子和原子可看做线性谐振子； 辐射黑体中的分子和原子可看做线性谐振子； • 振动时向外辐射能量（也可吸收能量）； 振动时向外辐射能量（也可吸收能量）； 与腔内电磁场交换能量时， 与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的 的整数倍. 变化是 hv 的整数倍
量子概念的诞生
热辐射及其特点
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000 K
1200 K
1400 K
例如：铁块温度升高， 例如：铁块温度升高，则从看不出发光到发出暗红到橙 升高 色到黄白色的光。 色到黄白色的光。
1、热辐射及其特点
由于分子热运动导致物体辐 射电磁波, 射电磁波, 温度不同时， 温度不同时，辐射的波长分 布不同。 布不同。 这种与温度有关的辐射称为热辐射 热辐射。 这种与温度有关的辐射称为热辐射。
2. 对热辐射的初步认识
(1) 任何物体任何温度均存在热辐射； 任何物体任何温度均存在热辐射； (2) 热辐射谱是连续谱； 热辐射谱是连续谱； (3) 辐射强度随波长如何分布与温度有关： 辐射强度随波长如何分布与温度有关：
3. 描述热辐射的基本物理量
辐射强度 物体在某温度下， 物体在某温度下，其表面的单位面积在单位 时间内向四周所辐射的的电磁能的多少。 时间内向四周所辐射的的电磁能的多少。
ε n = nhν
h = 6.6260755 × 10
普朗克常数
−34
J ⋅s
普朗克能量子假定： 普朗克能量子假定： 振子的能量不连续 E= nε ε = hν n = 1, 2 , 3, ...
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
首次提出微观粒子的能量是量子化的， 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了 经典物理学中能量连续的观念。 能量连续的观念 经典物理学中能量连续的观念。
(短波趋向维恩，长波趋向瑞利) 短波趋向维恩，长波趋向瑞利)
普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖 年诺贝尔物理学奖 普朗克获得
实验物理学家鲁本斯（ 实验物理学家鲁本斯（Rubens）把它同最新的实验结果比较，发现它在全 ）把它同最新的实验结果比较， 波段与实验结果惊人地符合。 波段与实验结果惊人地符合。
普郎克假设是现代量子理论的开端， 1900年就作为近代物理开始的第一年。
量子假说的意义及其与宏观现象的关系
E = nε n = 1,2,3, ...
ε = hν ν
打破经典看法: 打破经典看法:
“一切自然过程能量都是连续的” 一切自然过程能量都是连续的”
为什么在宏观世界中观察不到能量分立的现象? 为什么在宏观世界中观察不到能量分立的现象?
黑体辐射的能量分布公式与实验结果的比较
Wilhelm Wien 德国 1864-1928 1911年诺贝尔物理学奖获得者 年诺贝尔物理学奖获得者
Lord Rayleigh 英国 1842-1919 1904年诺贝尔物理学奖获得者 年诺贝尔物理学奖获得者
普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
1. 黑体辐射公式 1900.10.19,普朗克在德国物理学会 , 会议上提出一个黑体辐射公式
1、维恩设计的黑体 空腔上的小孔 炼钢炉上的小洞
黑体模型
黑体辐射的特点
1859年 基耳霍夫证明： 年 基耳霍夫证明： 黑体辐射只依赖于物体的温度 只依赖于物体的温度， 黑体辐射只依赖于物体的温度， 与构成黑体的材料、形状无关。 与构成黑体的材料、形状无关。 实验和理论均证明： 实验和理论均证明： 在各种材料中，黑体的光谱辐射强度最大 光谱辐射强度最大。 在各种材料中，黑体的光谱辐射强度最大。 研究热辐射的理想模型 —— 黑体
实验证明热辐射具有如下规律: 实验证明热辐射具有如下规律:
不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能力不同; 不同物体在某一频率范围发射和吸收辐射的能力不同 同一物体在某一频率范围发射越强, 同一物体在某一频率范围发射越强 吸收也越强 .
黑体 • 绝对黑体： • 可全部吸收外来电磁波而不发生反射。