第二十章量子光学基础

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1、第二十章量子光学基础§20-1热辐射基尔霍夫定律-・热辐射1.热辐射：在一定时间内辐射能量的多少及能量按波长的分布都与物体的温度有关,故称电磁辐射为热辐射(温度辐射)；辐射能(匚2),如炉子，酒精灯…2.平衡热辐射：相同时间内辐射与吸收的能量相等，T不变二.1・辐出度(辐射岀射度，发射本领)单色辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的波长在‘2+d/l范围内辐射能量dE入(T)和波长间隔dA的比值曲宀丁)2.量。辐出度：单位时间内从物体表面单位面积上向各个方向所发射的各种波长的辐射总能8E(T)=je(Aj)dA0三.吸收比、反射比1.吸收

2、比：a(T)=—J单色吸收比:a(Aj)=B

3、辐射多的吸收也多，不能辐射亦不能吸收；%12—定时，绝对黑休辐射和吸收的能量比同温度下的其它物体都多。例1：温度分别为可和兀的A、B两物体处于绝热容器内，若Tj>T2,试分析A、B两物体的热辐射情况例2.T}>T2的两个环境中，分别置入物体A、B,若Ta=Tb，试分析A、B两物体的热辐射情况§20-2绝对黑体的辐射定律%1.实验研究1.製置2.结杲%1.实验定律1.维恩位移定律九・T=bb=2.897x10%k2.斯特藩一玻尔兹曼定律二刃4(t=5.67x1(T*W•〃严*7例：地球距离太阳1.5x10叹加，太阳直径D=1.39xl06^m,太阳表面的温度

4、T=6000Ko若太阳可看成绝对黑体，问在地球表而受阳光垂直照射时每平方米的而积上每秒钟得到的辐射能是多少？§20-3普朗克公式%1.前人的工作1.瑞利一金斯的工作：经典的电磁场理论+能量均分原理；eB(AfT)=2兀ckTAT4此公式长波段与实验符合得很好2•维恩的工作：经典的电磁场理论+玻尔兹曼一麦克斯韦分布；_heeB(AtT)=27rhc2Z5e~^此公式短波段与实验符合得很好，“把物理学直接引到了量子物理的大门口”，获1911年诺贝尔奖%1.普朗克公式2兀hfS二叵阿-1此公式获得了巨大的成功:1.岡满解释了实验曲线；2.可导出斯特藩一玻尔兹曼定

5、律3.可导出维恩位移定律。%1.普朗克假设：1.空腔黑体可用一些线性谐振子来代表；2.谐振子只能处于某些特殊的不连续的状态屮，它们的能量只能是E=hv的整数倍；3.发射和吸收的能量只能是£的整数倍。%1.历史回顾1894年起，普朗克从热力学研究中转到黑体辐射问题上，那里“风平浪静”。他的目标是追求爛原理与电动力学的协调一致1897^1899年,五篇报告总题口为“不可逆辐射过程”-柏林科学院；维恩公式，他很快接受，并用更系统的方法推导之1900年2月得知维恩公式有长波段偏差显著1900.10.7,鲁木斯夫妇访问了他，并告知一重要信息：瑞利公式在长波段与实验符

6、合得很好，当天即用内插法获得新的辐射公式…1900.12.14,在德国赫姆霍兹研究所召开的德国物理学会会议上报告了他的革命性的发现：《正常光谱中能量分布律的理论》物理学史上公认这一天为量子论的诞生日：自然科学新纪元的开端1918获诺贝尔奖§20-4光电效应爱因斯坦方程%1.光电效应：可见光或紫外光射到某些金屈表而上时，冇电子从表而逸出的现彖。实验装置：如图%1.光电效应的实验规律1.鱼虫迂数与入射光强度间的关系一光电效应第一定律；11xN即：单位吋间内从金属表面逸出的光电子数与入射光的强度成正比2.光电子的最大初动能与入射光频率间的关系:光电效应第二定律1

7、2—mv-ekv-eU02°即：光电子的最大初动能随入射光的频率增大而线性增大，与入射光的强度无关。3.红限频率/,光电效应第三定律v>v0才会产生光电效应（P.222表20-1,各种常用金屈的红限频率）k光电效应第三定律：当光射到某一给定的金屈时，无论入射光的强度如何，当其频率小于勺时，则不会产生光电效应；4.光电效应的吋间：<10_85%1.光电效应与光的波动理论的矛盾1.光子的初动能：—mv2=ekv—eU（、20按波动说，应取决于入射光强/2.光电效应的时间：<10"8^按波动说，入射光越弱，其积累能量的吋间越长，……电子获得足够的能量才能逸出。%

8、1.光子假设爱因斯坦方程（1905年）逸出功：电子逸出物体表面所需