量子光學(xué)教學(xué)ppt課件

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1、第15章量子光學(xué)-----光的粒子性(熱輻射、光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng))牛頓（Newton，1642-1727）惠更斯（Huygens，1629-1695）——光的微粒學(xué)說——光的波動(dòng)學(xué)說1801年英國托馬斯·楊的楊氏雙縫干涉；1817年法國菲涅耳提出惠更斯—菲涅耳原理；1865年麥克斯韋預(yù)言了光就是電磁波；1882年德國夫瑯和費(fèi)的光柵衍射新的波動(dòng)學(xué)說牢固的建立起來了18世紀(jì)，微粒說占統(tǒng)治地位1900年普朗克的輻射體能量量子化；1905年愛因斯坦提出光量子的概念；1922年康普頓效應(yīng)；光的“波粒二象性”光的粒子性

2、19世紀(jì)末，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了成功：1)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面2)在分子物理方面:解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。3)在電磁學(xué)方面:一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。4)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律:------力、電、光、聲等都遵循的規(guī)律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。正如1900年英國物理學(xué)家開爾文在瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展的文章中說到：即：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實(shí)和

3、有眼力的科學(xué)家，就在上述文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，----”“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！边@兩朵烏云是指什么呢？普朗克量子力學(xué)的誕生（微觀領(lǐng)域）相對(duì)論問世（高速領(lǐng)域）熱輻射實(shí)驗(yàn)?zāi)芰烤侄ɡ硎н~克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)以太漂移“零結(jié)果”1、黑體熱輻射和普朗克的能量子假設(shè)2、光電效應(yīng)和愛因斯坦的光量子理論3、康普頓效應(yīng)量子光學(xué)----光的粒子性15.1熱輻射熱輻射:任何溫度下物體都向外輻射電磁波。單位時(shí)間輻射能量和能量按波長(zhǎng)的

4、分布，與物體的溫度有關(guān)。這種與溫度有關(guān)的電磁輻射叫做熱輻射.平衡熱輻射:當(dāng)一個(gè)物體單位時(shí)間內(nèi)吸收的能量恰好等于輻射消耗的能量時(shí),物體的溫度保持恒定,這種狀態(tài)下的熱輻射稱平衡熱輻射②單色輻射出射度：e(T,λ)W/m3單位時(shí)間、單位面積、所輻射的波長(zhǎng)在附近單位波長(zhǎng)區(qū)間的電磁波能量15.1.1輻出度、吸收系數(shù)、反射系數(shù)①總輻出度：E(T)W/m2單位時(shí)間、單位面積所輻射的電磁波能量1、反映物體輻射能力的量：②單色反射系數(shù)：①單色吸收系數(shù)：2、反映物體吸收和反射能力的量：設(shè)單位時(shí)間投射到單位面積的波長(zhǎng)在附近單位波長(zhǎng)

5、區(qū)間的輻射能量為物體吸收了，物體反射了對(duì)于不透明的物體，有：根據(jù)單色吸收系數(shù)的不同，可區(qū)分灰體：選擇性吸收體：對(duì)某波長(zhǎng)或波段較大絕對(duì)黑體：在同樣的溫度下，各種不同的物體對(duì)相同波長(zhǎng)的單色輻出度與單色吸收系數(shù)之比值都相等，且等于在該溫度下黑體對(duì)同一波長(zhǎng)的單色輻出度。物理含義：好的吸收體也是好的輻射體絕熱恒溫體B1B2B3真空T=C15.1.3基爾霍夫定律（Kirchhoff’sLaw）研究熱輻射的中心問題是研究黑體的輻射問題實(shí)驗(yàn)裝置AL1B1PB2C黑體準(zhǔn)直系統(tǒng)三棱鏡測(cè)量系統(tǒng)15.1.4黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律P:將不

6、同波長(zhǎng)折向不同方向，B2:圍繞P轉(zhuǎn)動(dòng)，吸收不同波長(zhǎng)的單色輻出度?？偨Y(jié)出：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律?6000K5000K4000K3000KStafan-Boltzmann定律(1879,斯特藩)斯特藩—玻爾茲曼常量B)Wien位移定律(1893)1884年玻爾茲曼理論證明單位時(shí)間輻射能量及能量按波長(zhǎng)分布取決于溫度：1400K800K1000K1200Kb)鐵塊的顏色變化a)當(dāng)你取出靠近時(shí)微熱---熱乎---很熱---熱浪逼人當(dāng)我們把一塊鐵放到火爐中，隨著時(shí)間的推移，鐵塊溫度越來越高----單位時(shí)間輻射能量越來越多-

7、-----能量按照波長(zhǎng)的分布不同注意：2）熱輻射規(guī)律在現(xiàn)代技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用---高溫測(cè)量、遙感、遙測(cè)、紅外跟蹤等。1）以上兩規(guī)律適用于黑體，對(duì)非黑體只近似成立例子：低溫火爐輻射能集中在紅光。高溫物體輻射能集中在藍(lán)、青色。應(yīng)用：光測(cè)高溫計(jì)，測(cè)量發(fā)電廠爐內(nèi)溫度。爐火純青例：太陽可以看成黑體，地球上測(cè)出其峰值波長(zhǎng)為?m=5100?，則其表面溫度和輻出度為多少？由解：15.1.5經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難----黑體輻射的理論解釋方面123456789?1）Rayleigh-Jean’sformula1890年瑞利--金

8、斯kB=1.380658?10-23J/K--“紫外災(zāi)難”2）Wien’sformula1896年德國維恩C1、C2須用實(shí)驗(yàn)確定123456789?3）Planck’sformula1900年德國物理學(xué)家普朗克普朗克h=6.63?10-34J·s符合得很好！?12345678915.1.6Planck能量量子化假設(shè)普朗克注意到:經(jīng)典理論中把黑體中的原子和分子都看成可以吸收或輻射電磁波的諧振子，且電磁