《量子光学基础》PPT课件

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1、浙江大学城市学院黄敏Tel:85787463E-mail:Huangm@zucc.edu.cn大学物理UniversityPhysics7/21/20211本章主要讲解五个方面问题：1）黑体辐射的实验规律2）普朗克能量子假设3）光电效应与爱因斯坦光子理论4）康普顿效应5）光的波粒二象性黑体辐射的实验规律1、热辐射在任何温度下，一切宏观物体都以电磁波的形式向外辐射能量。对于给定的物体而言，在单位时间内辐射能量的多少以及辐射能量按波长的分布等都取决于物体的温度，因此，这种辐射就称之为热辐射，或者称为温度辐射。另外，一切物体在向外界发射

2、辐射能的同时也吸收周围物体发出的辐射能。以白炽灯为例，灯丝通以电流后，当温度T<800K时，我们只感觉到灯丝发热，而不见灯丝发光，因为此时绝大部分的辐射能量分布在红外区域，我们肉眼观察不到。当温度T>800K时，灯丝微微发红，继续升高温度，灯丝由暗红变橙黄，再变白，当温度极高时，灯丝呈青白色，即达到所谓的“白炽化”，同时我们感到灯丝灼热逼人。以上事例说明：①温度升高，辐射的总能量增加。②温度升高，辐射能量更多地向短波部分分布。2、单色辐出度（旧称：单色发射本领）辐射出射度（旧称：发射本领）【单色辐出度】在一定温度下，物体在单位时间

3、内，从单位表面积上发射的波长在+范围内的辐射能为dE。2、单色辐出度（旧称：单色发射本领）辐射出射度（旧称：发射本领）【辐射出射度】在一定温度下，物体在单位时间内、从单位表面积上辐射的各种波长的总辐射能，记为M(T)。3、绝对黑体------一个物体如果能完全吸收投射到其表面的任何波长的辐射能，即不反射，也不透射，我们称这种物体为绝对黑体，简称黑体。绝对黑体是一种理想化的模型。但用不透明的材料制成的一个有小孔的空腔，可以视为绝对黑体。如：山洞、窗口、炉膛等。①斯忒藩—玻耳兹曼定律②维恩位移定律维恩(W.Wien,186

4、4---1928)德国物理学家，1911年获诺贝尔物理学奖如：太阳单色辐出度最大处波长m～0.49m→T=5900K维恩位移定律在现代科学技术上具有极广泛的应用，是测量高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础。如下图所示，太阳辐射谱--大气层外的太阳辐射曲线同5900K的黑体辐射曲线类似。太阳光穿入大气层时被大气吸收，水汽和二氧化碳在红外区强烈吸收太阳辐射，臭氧在紫外区强烈吸收太阳辐射。人体体温310K(370C)～m=9.35m“辐射高温计”，“炉火纯青”等等宇宙背景辐射m～0.1cm→T=2.7K【例题】在地球大气层外测

5、得太阳辐射谱，它的极值波长为490nm，设太阳为黑体，求：①太阳表面温度T；②太阳表面单位面积的辐射功率？本章主要讲解五个方面问题：1）黑体辐射的实验规律2）普朗克能量子假设3）光电效应与爱因斯坦光子理论4）康普顿效应5）光的波粒二象性普朗克能量子假设在19世纪未，已经从实验上测定了绝对黑体的单色辐出度MB(T)与(,T)的关系曲线。如何从理论上推导出符合实验结果的MB(T)函数表达式，就成为当时物理学中引人注目的问题之一。许多物理学家尝试从经典理论出发对绝对黑体的辐射规律给予解释。瑞利—金斯公式(1900年)维恩公式(18

6、96年)MB试验曲线长波范围与实验符合，而在短波范围内不符合——“紫外灾难”短波范围与实验符合，而在长波范围内不符合与实验符合紫外灾难普朗克公式的得来,起初是半经验的,即利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利—金斯公式衔接起来,在得到了公式后,普朗克才设法从理论上去论证它。为解释这一公式，普朗克提出了能量量子化假设MB试验曲线普朗克公式普朗克常数普朗克（M.Planck,1858---1947）德国理论物理学家，量子论的奠基人，被德国科学界誉为“帝国的科学首相”。早在1899年，普朗克在研究辐射热力动力学时，就

7、提出了一个新的普适常数h，该常数后来称为基本作用量子，现称普朗克常数。普朗克于1858年4月23日出生于德国基尔。从小就在音乐、文学及数学等方面显露了才华，但最终选择了科学。1877年在柏林大学获得博士学位，先后在多座大学任教。1889年接替导师基尔霍夫继任柏林大学科学讲座教授，直到1926年退休。1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出了能量的量子化假设，并导出黑体辐射能量的分布公式。劳厄称这一天是“量子论的诞生日”。普朗克提出的能量子概念是非常新奇的，它揭示了微观世

8、界中一个重要规律，开创了物理学的一个全新领域。假设具有划时代的意义，于1918年普朗克60岁时被授予Nobel物理学奖，从而肯定了他对物理学发展的不朽贡献。普朗克的一生与音乐结下了不解之缘，他是钢琴家、风琴手，又是音乐指挥家。直到他逝世的当天，仍像