《量子光学基础》PPT课件

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1、教学基本要求一掌握热辐射的两条实验定律：斯特藩—玻耳兹曼定律和维恩位移定律，以及经典物理理论在说明热辐射的能量按频率分布曲线时所遇到的困难.理解普朗克量子假设.二掌握经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的困难.理解爱因斯坦光子假设，掌握爱因斯坦方程.三理解康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对这个效应的解释.理解光的波粒二象性.量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到20世纪30年代

2、，就建立了一套完整的量子力学理论.量子力学宏观领域经典力学现代物理的理论基础量子力学相对论量子力学微观世界的理论起源于对波粒二相性的认识一、何谓热辐射物体在任一温度下都要发射各种波长的电磁波。18-1热辐射基尔霍夫定律热辐射：物体在不同温度下发出的各种电磁波的能量按波长的分布随温度而不同的电磁辐射火炉600度1000度400度因辐射与温度有关，故称热辐射1）热辐射过程的实质是物质以电磁波的形式向外辐射电磁波的过程。其辐射的能量称之为辐射能。2）热辐射有平衡热辐射与非平衡热辐射：当物体因辐射而失去的能量等于从外界

3、吸收的辐射能时，这时物体的状态可用一确定的温度来描述，这种热辐射称为平衡热辐射。反之称为非平衡热辐射。注意：二、单色辐射出射度、辐射出射度、单色吸收率、单色反射率实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度（T）、辐射的波长、时间的长短、发射的面积1）单色辐射出射度（单色辐出度，单色发射本领）单位时间内，温度为T的物体的单位面积上发射波长在+d范围内的辐射能dW（T）与波长间隔d比值，用e(,)表示。光源S=1显然，它是波长和温度的函数024681012钨丝和太阳的单色辐出度曲线21210468太阳可

4、见光区钨丝（5800K）太阳（5800K）钨丝2）辐射度（辐射出射度，总发射本领）单位时间内从物体单位面积上所辐射的各种波长的总的辐射能，用M（T）表示。显然，它是温度的函数光源S=1实验表明:吸收与反射的能量与物体温度有关、与辐射能的波长范围有关.3)单色吸收比、单色反射比不透明介质A吸吸收I入射入射R反反定义：一束波长为+d，强度为I的电磁辐射入射到温度为T的物体上时，若反射光的强度为R（T），吸收光的强度为A（T），则定义：单色吸收比：单色反射比：单色吸收比：单色反射比：显然，对不透明的物体

5、：同除I：？？？实验表明辐射能力越强的物体，其吸收能力也越强.三、黑体能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体.（黑体是理想模型）注意：1）黑体是对入射的辐射能全部吸收（不管什么波长）的物体，也不反射。因此当其自身的热辐射很弱时，看上去是黑洞洞的。2）黑体是理想化的模型，实际中的物体的吸收率总是小于1。抛光的铜镜表面：一般金属表面：煤烟：3）一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑体。如远处不点灯的建筑物若室内点灯（自身辐射不很弱）绝热恒温体四.基尔霍夫定律（Kirchhoff’sLa

6、w）T=C一个实验M1M2B真空N个不同物体和一黑体置于一绝热恒温体内，经过热辐射交换能量，达到热平衡态,物体与容器具有相同温度且保持不变。材质的辐出度不同，即每个物体单位时间、单位面积辐射的能量不同。要维持温度不变，物体吸收的辐射能须等于辐射出的能量.故要维持平衡热辐射，只有辐射能量较多的物体吸收能量也多，反之亦然。基尔霍夫定律:同样的温度下，不同物体对相同波长的单色辐出度与单色吸收率之比值都相等，等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度。为黑体的单色辐出度为黑体的单色吸收率其中：物理意义:热平衡时,强吸收体必

7、然是强辐射体.(好的吸收体也是好的辐射体。)推论I:(某)物体若不能发射某波长的辐射,那么它也不能吸收这一波长的辐射,反之亦然.推论II:相同温度,黑体吸收本领最大,其发射本领也最大研究热辐射的中心问题是研究黑体的辐射问题会聚透镜空腔小孔平行光管棱镜热电偶测量黑体辐射出射度实验装置18-2绝对黑体的辐射定律黑体辐射定律1.02.03.04.05.0203010405060(nm)2200K2000K1800K1600KA)斯忒蕃--玻尔兹曼定律：黑体辐射出射度与绝对温度有如下关系：斯忒蕃--玻尔兹曼常数含义：

8、它说明对于黑体，温度越高，辐出度M0B(T)越大且随T增高而迅速增大。(1879年斯特藩由实验数据分析得出,1884年玻耳兹曼由热力学得出)B)维恩位移定律：黑体温度增高时，其单色辐出度的峰值波长向短波方向传播，且有如下关系：峰值波长T：绝对温度火炉1000度2000度800度炉火纯青1.02.03.04.05.0203010405060(nm)2200K2000K1800K1600