公式都与实验结果不符合！
黑体内的驻波
其中最典型的是维恩公式 和瑞利—金斯公式
17
（1）维恩公式（非前面的维恩位移公式）
假定驻波能量按频率的分布类似于 （经典的）麦克斯韦速度分布率。得
M T 3e / T
在低频段，维恩线偏离实验曲线！
（2）瑞利—金斯公式
假定驻波的平均能量为 kT
局限于空间某一小范围的光 量子（光子）组成，每一个
光量子的能量 与辐射频率 的关系为 = h 其中h 是普朗克常数。
（2）光量子具有“整体性”。
一个光子只能整个地被 电子吸收或放出。
30
爱因斯坦对光电效应的解释：
★光照射到金属表面时，一个光子的能量可以立即
被金属中的一个自由电子吸收。但只有当入射光的 频率足够高(每个光量子的能量 h足够大时)，电子 才有可能克服 逸出功逸出金属表面。
分子(含有带电粒子)的热运动使物体辐射 电磁波。这种与温度有关的辐射称为热辐射 (heat radiation)。 热辐射的电磁波的能量对频率有一个分布。
温度不同，热辐射的电磁波的能量不同， 频率分布也不同。
例如加热铁块，随着温度的升高: 开始不发光→ 暗红 → 橙色 → 黄白色
5
同一个黑白花盘子的两张照片
实验表明：
辐射本领大的物体，吸收本领也大 （实验演示）。 黑体的吸收本领最大，辐射本领也最大。
12
对各种具体物体的总辐出度，可以通过实验
定出的“黑度系数”(如有“机电手册”可查) 来得到。
物 体 的 黑 度 系 数
M 物体（T） M 黑体（T）
例. 油毛毡（法向） 0.93 (200C) 氧化铜（法向） 0.60.7(500C)
U0 K
28
（4）光电效应是瞬时发生的．
只要入射光频率 > 0，无论光多微弱，
从光照射阴极到光电子逸出，驰豫时间 不超过10 -9 s 。 以上这些实验规律与经典电磁波的
概念完全不同，经典波的能量是 连续地分布在空间的。 想一想 ？！
29
爱因斯坦1905年提出了光量子假设：
（1）电磁辐射由以光速c 运动的
m 510nm
红外照相机拍摄的 人的头部的热图 热的地方显白色， 冷的地方显黑色。
维恩 因热辐射定律的发现 1911年获诺贝尔物理学奖
16
三.经典物理学所遇到的困难 ---- 如何解释黑体辐射实验曲线？
空腔壁产生的热辐射，想象 成空腔壁内有许多以壁为 节点的电磁驻波。
但是，
由经典理论导出的M(T)～
9
★平衡热辐射
物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收 的能量时，热辐射过程达到热平衡，称为 平衡热辐射。 此时物体具有固定的温度。 我们只讨论平衡热辐射的情况。
热辐射的情况与物体种类及其表面有关， 情况太复杂了！ 怎么去研究热辐射的规律呢？
提出 “理想模型”的方法。
10
二.黑体和黑体辐射的基本规律
叶企孙先生 h (6.556 0.009) 1034 J s
（1898——1977）
1986推荐值： h 6.62607551034 J s 1998推荐值： h 6.626068761034 J s
一般取： h 6.631034 J s 25
§1.2 光电效应（和爱因斯坦的光量子论） §1.3 光的二象性 光子
与当时用其他方法测得的符合 得相当好。
当时这是对爱因斯坦光子的 假设的极大支持。
他通过著名的油滴实验研究 基本电荷，证明电荷有最小单位。
密立根 1923年诺贝尔物理学奖
35
光子的能量：
= h
2 h 3
M (T ) c2 eh /kT 1
玻尔对普朗克量子论的评价：
“在科学史上很难找到其它发现能象普朗克的 基本作用量子一样在仅仅一代人的短时间里产生
如此非凡的结果…这个发现将人类的观念—— 不仅是有关经典科学的观念，而且是有关通常思维
方式的观念——的基础砸得粉碎，
（3）不论光强多大， 只有当入射光频率 大于 一定的红限频率 0 时，才会产生光电流。
截止电压Uc与频率 的具体实验规律：
呈线性关系 Uc= K - U0
Uc
其中K 为斜率，普适常数
U0 为截距, 与材料有关
直线与横坐标的交点
就是红限频率 0 .

0
U0
截止电压与入射光频率的关系
0

1 2
k 1 m 6.28
0.1 103
1.59
s1
能级间隔 E h 6.6510341.59 1.051033 J
振子现 有能量
E 1 kA2 1 0.1106 5108 J
2
2
相对能量变化 E 1.0510 33 21026
跳出传统的物理学框架！
寻找以太的 零结果 热辐射的紫外灾难
相对论 量子论
相对真理
绝对真理 3
学习方法
处理好三个关系： 形象和抽象 －注意培养抽象思维能力 演绎和归纳 －注意要接受新的观点
学习归纳法培养创造性思维 物理和技术 －学习应用物理原理在技术上创新
4
§1.1 黑体辐射（和普朗克的能量子假说）

(T ) (T )d
0
3.光谱吸收比(T)
M 的单位为W/m2

(T
)

dE dE
(吸 收 ） (入 射 ）
（T）…温度为T 时,（单位时间内）入射 到物体（单位表面）的,频率在 → +d 间隔
内的电磁波的能量被物体吸收的百分比。
以上这些物理量均与 物体种类及其表面情况有关。
1 2
m
u
2 m
eUc

e(K
U0)
eK h
----A ,U0 都与材料种类有关
★ 只要 0 ，立刻就有光电子产生
（瞬时效应）。
32
光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！ 但是，1910年以前，并未被物理学界接受！
光电效应对于光的本质的认识和 量子论的发展曾起过重要的作用。
为什么在宏观世界中, 观察不到能量分离的现象?
能量
经典
3h 2h h
光量子
例：设想一质量为 m=1g 的小珠子悬挂在一个小轻
弹簧下面作振幅 A=1mm的谐振动。弹簧的劲度系数
k=0.1N/m。按量子理论计算，此弹簧振子的能级间
隔多大？减少一个能量子时,振动能量的相对变化是
多少？
23
【解】弹簧振子的频率
以伟大的创造性观念造福于世界的人。
能量不连续的概念与经典物理学是完全不相容的！ 普朗克本人也有很多的困惑和彷徨 ····
普朗克获得1918年诺贝尔物理学奖。 22
五, 量子假说的含义及其与宏观现象的关系
能量 E nh n 1,2,
能量子 = h
量子论是不附属于经典物理 的全新的理论，适用范围更广。
21
知识的如此的神奇进展，应归功于人们从传统的 思想束缚下获得的这一解放。”
爱因斯坦在1918年4月普朗克六十岁生日 庆祝会上的一段讲话：
“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；有人是为了纯粹功利的 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，… …他成了一个

物 质 种 类 表 面 情 况
dE …温度为T 时,单时间内从物体单位表面
发出的频率在 → +d间隔内的电磁波的能量
M(T) …描述热辐射能量按频率的分布。 7
M
注意：图中钨丝、太阳的 M 纵坐标标度不同
钨丝、太阳的 M 和 关系的实验曲线 8
2.总辐出度M(T)
室温下，反射光
1100K，自身辐射光 （与温度有关）
激光、日光灯发光不是热辐射。
6
一.描述热辐射的物理量
1．光谱辐射出射度M(T)
温度为T 时,单位时间内从物体单位表面发出的
频率 在 附近单位频率区间内的电磁波的能量,
称为光谱辐射出射度M(T) T
T
单位面积
Μ
(T
)
dE
d
M的SI单位 为W/(m2·Hz)
逸出的电子的最大初动能为
1 2
m
um2
h
A
（A---逸出功）
★光电子的最大初动能只与入射光的频率
有关，与光的强度无关。
31
★
当
1 2
m
um2
h
A0
即 A 时，
h
电子的能量不足以克服逸出功 而发生光电效应，所以存在红限频率:
0 A
h
1 2
m
um2
h
A
A eU 0
平衡的结果。
谐振子的能量只能是
E nh n 1,2,
即物体发射或吸收电磁辐射 只能以“量子”方式进行，每
个能量子的能量为 = h 。
其中 h = 6.626×10 - 3 4 J·s 称为普朗克常数。20
2.普朗克公式
1900.12.14.--量子论诞生日。
普朗克在德国物理学会上报告了与全波段实验 结果极为符合的普朗克公式：
E
510 8
这样小的相对能量变化在现在的技术条件下还不可 能测量出来。现在能达到的最高的能量分辨率为：
E 1016 E
所以宏观的能量变化看起来
都是连续的。
24
中国科学院学部委员（常务） 清华大学
首任物理系主任（1926） 首任理学院院长（1929）
1921 叶企孙， W.Duane， H.H.Palmer 用X—射线方法测得：
（经典的能量均分定理），得