原子物理學(xué)第二章ppt課件(已修改)
2025-05-18 18:01 本頁面
【正文】 第二章作業(yè) ? 21/22 ? 23/24 ? 25 ? 26/27 ? 29/210 ? 211 ? 213 第二章 原子的量子態(tài)：玻爾模型 ? 背景知識 ? 玻爾模型 ? 實驗驗證之一：光譜 ? 實驗驗證之二：夫蘭克 — 赫茲實驗 ? 玻爾模型的推廣 開耳文 在一篇于 1900年發(fā)表的瞻望二十世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的文章中說： “ 在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家只需要做一些零星的修補工作就行了 ” …… 不過接著又指出： “ 但是在物理晴朗天空的遠處，還有兩朵小小令人不安的烏云 ” …… 熱輻射現(xiàn)象中的紫外災(zāi)難 否定絕對時空觀的邁克爾遜 莫雷實驗 放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 背景知識 ? 量子假說根據(jù)之一：黑體輻射 ? 量子假說根據(jù)之二：光電效應(yīng) ? 光譜學(xué)知識 黑體輻射 1 熱輻射 1）輻射的定義：不靠對流、（碰撞）傳導(dǎo)， 依靠發(fā)射電磁波傳遞能量。 2）輻射（光的發(fā)射）的分類： 按能量的補給方式不同， 輻射分為 熱輻射 和 非熱發(fā)射 。 由于物質(zhì)中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為 熱輻射 。 任何物體在任何溫度下都要發(fā)射各種波長的電磁波，并且其 輻射能量的大小 及 輻射能量按波長的分布都與溫度有關(guān) 。 （ 1） 物體在任何溫度下都會輻射能量 3）熱輻射的特點 （ 2）熱輻射譜是 連續(xù)譜 （ 3）差別在于輻射能量的大小和能量按 波長的分布不同 （ 4）熱輻射的能量與波長與 溫度 有關(guān) （ 5）輻射能來自原子或分子的無規(guī)熱運動 能量， 不發(fā)生內(nèi)部狀態(tài)的改變 。 描寫物體輻射本領(lǐng)的物理量。 ),( TR ?（ 1）單色輻出度 表示在一定溫度 T下， 單位時間 內(nèi)從物體表面 單位面積 上 ,波長在 ? 附近 單位波長 間隔內(nèi)輻射出的能量。 是溫度Ｔ和波長 ?的函數(shù)， 它描述了物體熱輻射的能譜分布。 ),( TR ?? ?? 0 ),()( ?? dTRTR物體單位表面積上發(fā)射的各種波長輻射的總功率 。 輻 出度僅是溫度的函數(shù) 。 )(TR（ 2）輻出度 定義：在溫度 T 時 ， 單位時間 內(nèi) 從物體表面 單位面積 上 發(fā)射處的各種波長的電磁波能量的 出總和 。 當(dāng)輻射從外界入射到物體表面時，被物體吸收的能量與入射能量之比稱為 吸收比 。 入射總能量吸收能量?),( T?? 波長在從 ? 到 ?＋ d?間隔范圍內(nèi)的吸收比稱為 單色吸收比 。 用 表示。 ),( T??（３）吸收比 物體既會輻射能量，也會吸收能量。 吸收本領(lǐng) 是溫度 、波長 的函數(shù) ，并與表面狀況有關(guān) 。 物體在某個頻率范圍內(nèi)發(fā)射電磁波能力越大，則它吸收該頻率范圍內(nèi)電磁波能力也越大。 平衡輻射 （ 1）絕熱腔中放置多個不同材料的物體 （ 2）容器內(nèi)部抽成真空，物體間只能 通過熱輻射交換能量。 （ 3）容器壁為理想反射體，整個體系 成為孤立系。 理想實驗 ? 經(jīng)過足夠長時間后，所有物體的溫度相同，達到 熱平衡 ? 溫度低的，輻射小，吸收大；溫度高的，輻射大，吸收小 ? 熱平衡時，每一個物體輻射的能量等于其吸收的能量 ? 熱平衡時，吸收本領(lǐng)大的物體，輻射本領(lǐng)也大 在平衡熱輻射（溫度輻射）下，物體吸收的熱量等于因發(fā)射而減少的能量，溫度恒定。 ),(),( ),( TfTTR ??? ? ?在熱平衡下，任何物體的 單色輻出度與單色吸收比的比值 與物體的性質(zhì)無關(guān)，對于所有物體，這個比值是波長和溫度的普適函數(shù)。 好的吸收體也是好的發(fā)射體。在熱平衡時，有 基爾霍夫定律 ),(),(),(),(),(),(2211TTRTTRTTRnn????????? ??? ?=？ 黑體輻射 1),( ?T??黑體 是指在任何溫度下，全部吸收任何波長的輻射的物體。 根據(jù)基爾霍夫定律，黑體既是完全的吸收體，也是理想的發(fā)射體。 注意：小孔才是“絕對黑體” 實驗中將開有小孔的空腔視為黑體，使其恒溫，測量從小孔中輻射出來的各種波長范圍的單色輻出度與波長之間的關(guān)系。 ),(),( TRTf ?? 黑體?1，在相同的溫度下，不同物質(zhì)的黑體會發(fā)出相同的熱輻射譜， 單色輻出度是溫度 的函數(shù)，與黑體材料無關(guān) 。 2，呈中間凸起的曲線形，在 ??0， ? ??處趨于零。 3，溫度升高時曲線整體上升。 4，隨溫度升高曲線極大值對應(yīng)的波長向短波方向移動。 K1700K1500 K1100),(0 Te ??o實驗規(guī)律 )(),(),( ),( TRTfTTR ???? ? ??4 黑體輻射的實驗定律 ? StefanBoltzmann定律 （ 1879年、 1884年） ? 黑體輻射的輻射出射度，即曲線下的面積，與 T4成正比 4218 /106 7 0 3 kmW????40 )( TTM ??StefanBoltzmann常數(shù) K1700K1500 K1100),(0 Te ??o Wien位移定律 （ 1893年） ? 曲線的極大值滿足 bT m ??mkb ??? Wien常數(shù) 隨著溫度的升高，波長極大值向短波方向移動。 ?維恩公式 維恩根據(jù) 經(jīng)典熱力學(xué) 得出一個半經(jīng)驗公式： 秒米焦耳 / 2161 ??? ?c開米 ??? ? 22 維恩公式在短波部分與實驗結(jié)果吻合得很好，但長波卻不行。 5，黑體輻射的經(jīng)典理論及其與實驗的矛盾 ? ? ???? ? deCdTE TC /31 2, ???瑞利 —瓊斯公式： 瑞利和瓊斯用 能量均分定理 和 電磁理論 得出 瑞利 —瓊斯公式在長波部分與實驗結(jié)果比較吻合。但在紫外區(qū)竟算得單色輻出度為無窮大 —所謂的“紫外災(zāi)難” 。 ? ? ????? dkTcdTE 238, ?o λ (μ m) 1 2 3 5 6 8 9 4 7 M B λ 維恩 瑞利 金斯 實驗值 紫 外 災(zāi) 難 ( , )ET?說明經(jīng)典物理學(xué)無法解釋黑體輻射，預(yù)示著物理學(xué)面臨一場革命性的變革！ ( ,1858—1947) 1）普朗克公式 1900年德國物理學(xué)家普朗克在維恩位移定律和瑞利 金斯公式之間用內(nèi)插法建立一個普遍公式： 式中： k為玻爾茲曼常數(shù)， h 稱為普朗克常數(shù)。 ?????????112)(/520 kThcehcTM?? ??普朗克公式 與實驗結(jié)果相符合。 ),(0 TM ??實驗 瑞利 瓊斯 維恩理論
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1