量子力学(黑体辐射) 1900年普朗克

黑体辐射1900年普朗克发表的黑体辐射公式在物理学上是一项划时代的成就。

在此以前黑体辐射的波长分布虽然已经有了相当可靠的实验数据，但经典物理学的理论解释却导致了非常尖锐的矛盾。

这一问题在经典物理学的范畴内是无法合理地解决的，普朗克引进了量子化的假设，推导出黑体辐射波长分布公式。

量子化假设已成为当代物理学的基石，对当代科学技术的发展产生了深远的影响。

【实验目的】1、研究物体的辐射面、辐射体温度对物体辐射能力的影响，并分析原因。

2、测量改变测试点与辐射体距离时，物体辐射能量W 和距离L 以及距离的平方的关系，并描绘W -2L 曲线。

3、依据维恩位移定律，测绘物体辐射能量与波长的关系图。

【实验原理】热辐射的真正研究是从基尔霍夫开始的。

1859年他从理论上引入了辐射本领、吸收本领和黑体概念，他利用热力学第二定律证明了一切物体的热辐射本领r (ν,T )与吸收本领α(ν,T )成正比，比值仅与频率ν和温度T 有关，其数学表达式为：),(),(),(T F T T r νναν= （1） 式中F (ν,T )是一个与物质无关的普适函数。

1861年他进一步指出，在一定温度下用不透光的壁包围起来的空腔中的热辐射等同于黑体的热辐射。

1879年，斯特藩从实验中总结出了黑体辐射的辐射本领R 与物体绝对温度T 四次方成正比的结论；1884年，玻耳兹曼对上述结论给出了严格的理论证明，其数学表达式为：4T R T σ= （2）即斯特藩-玻耳兹曼定律，其中4212/10673.5K cm w -⨯=σ为玻耳兹曼常数。

1888年，韦伯提出了波长与绝对温度之积是一定的。

1893年维恩从理论上进行了证明，其数学表达式为：b T =max λ （3）式中b ＝2.8978×10-3( m.K )为一普适常数，随温度的升高，绝对黑体光谱亮度的最大值的波长向短波方向移动，即维恩位移定律。

1图 1 辐射能量与波长的关系图 l 显示了黑体不同色温的辐射能量随波长的变化曲线，峰值波长λmax与它的绝对温度T成反比。

量子量子（quantum）是现代物理的重要概念。

最早是M·普朗克在1900年提出的。

他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍。

后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。

这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。

量子化现象主要表现在微观物理世界。

描写微观物理世界的物理理论是量子力学。

量子一词来自拉丁语quantum，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。

在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。

例如，“光的量子”是光的单位。

而延伸出的量子力学、量子光学等更成为不同的专业研究领域。

其基本概念为所有的有形性质是“可量子化的”。

“量子化”指其物理量的数值是特定的，而不是任意值。

例如，在（休息状态的）原子中，电子的能量是可量子化的。

这决定原子的稳定和一般问题。

在20世纪的前半期，出现了新的概念。

许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。

在量子出现在世界上100多年间，经过普朗克，爱因斯坦，斯蒂芬霍金等科学家的不懈努力，已初步建立量子力学理论。

创始人一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。

量子英文名称量子一词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。

在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。

例如，“光的量子”（光子）是光的单位。

而延伸出的量子力学、量子光学等成为不同的专业研究领域。

其基本概念为所有的有形性质是“可量子化的”。

“量子化”指其物理量的数值是特定的，而不是任意值。

例如，在原子中，电子的能量是可量子化的。

这决定原子的稳定和一般问题。

在20世纪的前半期，出现了新的概念。

许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。

历史在经典物理学中，根据能量均分定理：能量是连续变化的，可以取任意值。

量子力学的发展-----从量子论到量子力学摘要：量子论,量子力学,一对相近的名字,也许很多人会说它们是同一个概念,因为我刚听到这两个词的时候就是这么认为的,但是经过了将近半个学期的学习,我慢慢发现它们并不是相同的,我也开始对量子力学有了更加清楚的认识,至少它不是无法理解的,虽然还有很多很多的问题有待我们解决,但是量子力学已深入到物理学中了,并成功解释了许许多多经典物理无法解决的问题.而量子力学究竟是如何发展起来的呢?正文：1900年，普朗克针对经典物理学解释黑体辐射的困难，提出辐射能量量子化的概念,发表了著名的量子假说；然而当时很少有人注意他的文章,更不要说理解它了.而爱因斯坦却认真对待这一革命性的观念,1905年，他针对光电效应的实验事实与经典观念的矛盾，提出光量子的概念；无独有偶, 爱因斯坦的论文同样不受名人重视.在1913年，波尔把普朗克—爱因斯坦的量子化概念用到卢瑟福模型，提出了量子态的观念。

不过，这时的量子论在逻辑和对实际问题的处理都有严重的缺陷，而“物质粒子的波粒两象性”使之更严密。

在此基础之上，海森伯、波恩和薛定谔等人建立了量子力学。

关键词：黑体辐射，光电效应，波粒两象性，薛定谔方程一基本理论分析1、黑体辐射的提出黑体是指能将入射的任何频率的电磁波全都吸收的理想物体，当黑体受热后以电磁波的形式向外辐射能量称为黑体辐射。

1859年，基尔霍夫（G.R.Kirchhoff）证明：黑体与热辐射达到平衡时，辐射能量密度E（ν，T）随频率ν变化曲线的形状与位置只与黑体的绝对温度T有关，而与空腔的形状及组成的物质无关。

1893年，维恩（W.Wien）测得黑体辐射本领R(λ，T)在不同温度T下，随λ的变化规律，如左边的图。

1900年普朗克在维恩、瑞利和金斯的公式之上提出了普朗克公式，而普朗克在研究和分析普朗克公式的形成机制时发现，必须引入不可思议的量子假说才能从理论上推出普朗克公式，量子假说是指辐射黑体中的分子、原子振动可看作线性谐振子，它和周围电磁场交换能量的能量值只能为某一最小能量（称为能量子）的整数倍。