《量子光学基础》PPT课件

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1、第二十一章量子光学基础§21-1热辐射黑体辐射⑴黑体辐射问题→“紫外灾难”；⑵光电效应→ν<ν0,无论I多大,没有光电子逸出;而它的能量只与ν有关,和I无关；⑶原子的线状光谱及其规律,巴尔末公式的物理机制？⑷原子稳定性；⑸固体分子的比热问题:Cｖ＝３R→Cｖ＝0；经典物理的几个困难：两大新理论的诞生：①狭义和广义相对论；②量子力学热辐射：由于物体中分子、原子受到热激发而发射电磁波辐射的现象。基本性质:温度发射的能量电磁波的短波成分例如：加热铁块一.基尔霍夫(Kirchhoff)定律单色辐出度：从物体单位表面积

2、上发射的，波长介于和+d之间的辐射功率dE与d之比。辐出度:物体从单位表面积上发射的所有各种波长的辐射总功率。单色吸收比：当辐射从外界入射到物体表面时，在到+d的波段内，吸收能量与入射能量之比。401231700K1100K1300K1500K单色反射比：反射能量与入射能量之比。基尔霍夫定律：在同样的温度下，不同的物体或不同表面性质的物体，其单色辐出度与单色吸收率之比是一恒量。结论：一个好的吸收体一定也是一个好的发射体。二.黑体辐射定律黑体：能吸收一切外来辐射（即吸收比为1），而无反射的物体。黑体是

3、最理想的发射体401231700K1100K1300K1500K1.斯忒藩-玻尔兹曼定律：物体的辐出度与温度的四次方成正比。斯忒藩常数：2.维恩位移定律：能谱分布曲线的峰值对应的波长m与温度T的乘积为一常数。§21-2普朗克能量子假设维恩定律：（c2和c3为经验参数）4012356789维恩线瑞利-金斯定律：4012356789瑞利-金斯线经典理论在短波区域的失败成为“紫外灾难”。普朗克经验公式：4012356789近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人，一九一八年获诺贝尔物理学奖。(1858~1947)在长波情

4、况下：瑞利-金斯公式在短波情况下：维恩公式经典理论的基本观点：（1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。（2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。（3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。普朗克量子假设：对于频率为的振子，振子辐射的能量不是连续的，而是分立的，它的取值是某一最小能量h的整数倍。例题：（1）温度为20℃的物体，它的辐射能中辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一物体单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内，其温度应为多少？（3）上两小题中，总辐

5、射能的比率为多少？解：（1）（2）取=6500A（3）§21-3光子弱光起伏实验光电效应：当一束光照射在金属表面上时，金属表面有电子逸出的现象。GVKA-一.光电效应实验一：入射光强度和频率不变IU0IH1、增加电压U，光电流随之增加，直至饱和。3、当反向电压U=Va时,光电流I=0。2、电压U=0时，光电流I=0。截止电压：光电子刚好不能到达A极时所加的反向电压值Va。实验二：改变入射光强度和频率IU0I1I2I3VaIU0Va1Va2Va31、入射光频率不变，饱和电流IH的大小与入射光的强度成正比。2、入射光

6、的强度不变时，其频率越高，截止电压Va越大。即：K极逸出的电子数与入射光的强度成正比。即：光电子初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。3、存在一个“截止频率”（红限）o。4、光电效应瞬时响应的性质。t<10-9秒经典理论解释光电效应的困难：按照光的经典电磁理论：a.光波的强度与频率无关，电子吸收的能量也与频率无关，更不存在截止频率！b.光波的能量分布在波面上，阴极电子积累能量克服逸出功需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生！爱因斯坦的光量子论:a.普朗克假定是不协调的只涉及发射或吸收,未涉及辐射在空间的传

7、播。爱因斯坦方程c.对光电效应的解释当＜A/h时，不发生光电效应。红限频率光量子具有“整体性”电磁辐射由以光速c运动的局限于空间某一小范围的光量子（光子）组成，=hb.爱因斯坦光量子假设(1905)应用:制成光电转换器件，如光电管,用于光功率测量,光信号记录电影、电视和自动控制等。(1879~1955)二十世纪最伟大的自然科学家,物理学革命的旗手。例题：钾的光电效应红限为o=6.210-7m，求（1）电子的脱出功；（2）在紫外线的照射下，截止电压为多少？（3）电子的初速度为多少？解：例题：有一金属钾薄片，

8、距弱光源3米。此光源的功率为1W，计算在单位时间内打在金属单位面积上的光子数。设=5890A。解：石墨体x射线谱仪康普顿效应：在散射的x射线中，不但存在与入射线波长相同的反射线，同时还存在波长大于入射线波长的反射线现象。§21-4康普顿效应(1892~1962)美国物理学家1、在原子量小的物质中，康普顿散射较强，反之较弱。2、波长的改变量-o随散射角θ