文档介绍：量子力学的实验基础
实验基础
量子力学
的
quantum mechanics
experimental basis of
四个主要内容
实验基础
量子力学
的
主要内容
黑体辐射
光电效应与康普顿效应
氢原子的光谱实验规律
物质的波粒二象性
热辐射
黑体辐射
一、热辐射
任何物体
在任何温度下
都能辐射电磁波
物体辐射能量的多少
辐射能量按波长的分布
一定时间内
与物体的温度有关
这种与温度有关的辐射称为
热辐射
定性图述
先定性粗略描述
某铁球
单位时间
单位面积
发射的辐射能
随铁球的温度变化
其辐射能按波长的分布情况亦发生变化
炽热状态
温度逐渐下降
l
可见光
红外线
紫外线
波长
曲线覆盖面积示意单位时间、单位面积
发射的各种波长的总辐射能
单色辐出度
设某物体
单位时间
单位面积
l + l
l
~
d
在某波长
微区域
的辐射能为
d
M
l
定义
M
l
(
)
T
d
M
l
d
l
该物体对波长的
l
单色辐射出射度
简称
单色辐出度
为
M
l
(
)
T
是辐射体的辐射波长和热力学温度的函数,
T
l
且与物体的材料及表面情况有关。
辐出度
设某物体
单位时间
单位面积
l + l
l
~
d
在某波长
微区域
的辐射能为
d
M
l
定义
M
l
(
)
T
d
M
l
d
l
该物体对波长的
l
单色辐射出射度
简称
单色辐出度
为
M
l
(
)
T
是辐射体的辐射波长和热力学温度的函数,
T
l
且与物体的材料及表面情况有关。
M
l
(
)
T
d
M
l
d
l
单色辐出度
从物体单位表面上辐射的各种波长的总辐射功率为
M
(
)
T
M
l
(
)
T
0
8
d
l
M
(
)
T
称为物体的辐射出射度,
简称
辐出度
其单位为
瓦
米
W
m
即
2
2
其单位为
瓦
米
3
W
m
3
即
单位时间的辐射能
单位面积单位波长
2
米
(
)
1
米
(
)
一般辐射的复杂性
不透明体
二、黑体辐射
外来各种波长的辐射能
反射某些波长的辐射能
吸收某些波长的辐射能
(随物而异)
发射各种波长的热辐射能
(故亦随物而异)
M
(
)
T
M
l
(
)
T
故一般物体的
和
研究显得较复杂。
T
T
一
处
于
某
温
度
实际物体热辐射的复杂性
但理论研究表明
各种同温物体
对同一波长辐射能的
单色吸收本领
单色发射本领
比值相同
而且都等于一个同温的
“黑体”对同一波长辐射
能的单色发射本领。
黑体辐射成为研究实际
物体热辐射问题的基础。
什么是黑体?
(随物而异)
黑体
不透明体
二、黑体辐射
外来各种波长的辐射能
反射某些波长的辐射能
吸收某些波长的辐射能
(随物而异)
(随物而异)
发射各种波长的热辐射能
(故亦随物而异)
M
(
)
T
M
l
(
)
T
故一般物体的
和
研究显得较复杂。
T
T
一
处
于
某
温
度
实际物体热辐射的复杂性
但理论研究表明
各种同温物体
对同一波长辐射能的
单色吸收本领
单色发射本领
比值相同
而且都等于一个同温的
“黑体”对同一波长辐射
能的单色发射本领。
黑体辐射成为研究实际
物体热辐射问题的基础。
什么是黑体?
假设有这样的物体
无任何反射
T
T
这种假设的物体称为黑体。
绝对理想的黑体
并不存在,但它是热辐射
的重要理论模型。
值得注意的是
实验室中常用的
黑体经典实验模型:
(随物而异)
能全部吸收入射各种波长的辐射能
二、黑体辐射
黑体实验模型
黑体的实验模型
开
一
小
孔
通过小孔进入腔内
的辐射能
几乎全被腔壁吸收
反射回小孔出射的机会极少,
小孔表面好比黑体
(吸收全部入射的辐射能而无反射)
对空腔加热
至某热平衡温度
对空腔加热
至某热平衡温度
从小孔表面出射的就是
处于某一热平衡温度的
T
实验黑体的辐射能,
进而探索其能谱分布规律。
不透明材料空腔
不透明材料空腔
T
T
黑体辐射测量
黑体(小孔表面)
T
集光透镜
平行光管
分光元件
会聚透镜及探头
分光元件(如棱镜或光