(1)--1、原子物理-第1章原子物理学.ppt

应用1

课程内容第一章光的粒子性与电子的波动性第二章原子的核式模型和玻尔理论第三章量子力学基础第四章碱金属原子第五章多电子原子第六章磁场中的原子第七章原子核物理学第八章分子结构与光谱第九章粒子物理学2

第一章光的粒子性和电子的波动性

4量子力学全明星“梦之队”索尔维1927第一排：欧文·朗缪尔、马克斯·普朗克、玛丽·居里、亨德里克·洛伦兹、阿尔伯特·爱因斯坦、保罗·朗之万、Ch.?E.?Guye、C.T.R.威尔逊、O.W.里查森??

第二排：彼得·德拜、马丁·努森、威廉·劳伦斯·布拉格、Hendrik?Anthony?Kramers、保罗·狄拉克、亚瑟·康普顿、路易·德布罗意、马克斯·波恩、尼尔斯·玻尔??

第三排：奥古斯特·皮卡尔德、E.?Henriot、保罗·埃伦费斯特、Ed.?Herzen、Théophile?de?Donder、埃尔温·薛定谔、E.?Verschaffelt、沃尔夫冈·泡利、沃纳·海森堡、R.H.福勒、里昂·布里渊??

17位获得诺贝尔奖

1.1.1黑体辐射的实验规律1.热辐射现象热辐射是物体的一种电磁辐射现象，所有物体都发射热辐射，例如炽热物体的发光就是一种热辐射现象。由于分子热运动导致物体辐射电磁波。温度不同时，辐射的波长分布不同。§1.1黑体辐射与普朗克的量子化假设6

红外夜视仪8

（1）辐射本领：用来表示。表示物体发射热辐射的能力，定义为：在单位时间内，从物体表面单位面积上所发射的频率在到范围内的辐射能与频率间隔的比值。即：（1）量纲：焦耳/米2物体不仅有热辐射现象，对光也会有吸收现象。通常用吸收系数来表示。10

11（2）吸收本领：吸收系数它定义为物体在温度T时，有波长为λ的光入射，被物体吸收的该波长的光能量与入射的该波长的光能量之比。故吸收系数是一个无量纲的量。?(λ,T)来表示物体的吸收本领。如果?(λ,T)=1，我们就称这种物体叫黑体。黑体能够吸收射到它表面的全部电磁辐射。

图1.1.1空腔小孔向远处观察打开的窗子，近似黑体12黑体

1859年，基尔霍夫(G·R·Kirchhoff)指出：任何物体在同一温度T下的辐射本领r(?,T)与相同频率下的吸收本领?(?,T)成正比，其比值只与?和T有关：2.基尔霍夫定律（2）①是与物质无关的普适函数，称为热辐射的标准能谱密度。单位：焦耳秒/米2。数值上等于辐射场中单位体积内在某一频率附近单位频率内的能量，或叫做某一频率附近单位频率范围内的能量密度。ρ(ν,T)表示物体在ν附近ν—ν+dν单位频率间隔辐射的能量13

②对黑体而言，(3)③基尔霍夫定律表明：好的吸收体也是好的辐射体。黑体是完全的吸收体，从而也是理想的辐射体。均匀将腔壁加热，并维持在一定的温度时，从小孔发射的辐射波谱就表征了黑体辐射的特征。则可由黑体的发射本领,推知普适函数。Resultsandconclusion?143.黑体辐射?(λ,T)=1

图1.1.2黑体辐射谱15

(1)每条曲线都只由温度决定，与腔壁的材料与形状无关。(2)每条曲线都有一个极大值，其相应的波长设为，λmax，随着温度T的增加，λmax的值减小，与绝对温度T成反比：λmaxT=b(1.1.2)其中b是一个常数b=2897.756μm·K。1893年维恩(W·Wien)曾在理论上推导出这一结果，因此式(1.1.2)称为维恩定律。(3)黑体辐射的总辐射本领与它的绝对温度的四次方成正比。?斯忒藩—玻耳兹曼(Stefan-Boltzman)定律黑体辐射谱的几点结论16

维恩黑体辐射的能量分布经验关系式:瑞利与金斯利用经典电动力学和统计物理学得到黑体辐射公式：(1.1.5)(1.1.4)1.1.2黑体辐射的经典理论公式17

瑞利和金斯首先认为空腔内的电磁辐射形成一切可能形成的驻波，其节点在空腔壁处，由此得到辐射场中单位体积内频率ν附近单位频率间隔内电磁辐射的振动模数：(1.1.6)根据经典的能量均分定理，当系统处于热平衡时，经典的玻尔兹曼分布律仍可应用，每一个简谐振子的能量可以在0到∞之间连续取值，则一个振动自由度的平均能量为:18

(1.1.7)由此得到瑞利与金斯公式，当频率较低时，瑞利—金斯定律的理论值与实验结果符合较好，频率较高时，就与实验结果有很大差异，在紫外端发散，这就是当