第二十章量子光學基礎(chǔ)

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1、第二十章量子光學基礎(chǔ)§20-1熱輻射基爾霍夫定律-?熱輻射1.熱輻射:在一定時間內(nèi)輻射能量的多少及能量按波長的分布都與物體的溫度有關(guān),故稱電磁輻射為熱輻射(溫度輻射);輻射能(匚2),如爐子,酒精燈…2.平衡熱輻射:相同時間內(nèi)輻射與吸收的能量相等,T不變二.1?輻出度(輻射岀射度,發(fā)射本領(lǐng))單色輻出度:單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上向各個方向所發(fā)射的波長在‘2+d/l范圍內(nèi)輻射能量dE入(T)和波長間隔dA的比值曲宀丁)2.量。輻出度:單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上向各個方向所發(fā)射的各種波長的輻射總能8E(T)=je(Aj)dA0三.吸收比、反射比1.吸收

2、比:a(T)=—J單色吸收比:a(Aj)=B

3、輻射多的吸收也多,不能輻射亦不能吸收;%12—定時,絕對黑休輻射和吸收的能量比同溫度下的其它物體都多。例1:溫度分別為可和兀的A、B兩物體處于絕熱容器內(nèi),若Tj>T2,試分析A、B兩物體的熱輻射情況例2.T}>T2的兩個環(huán)境中,分別置入物體A、B,若Ta=Tb,試分析A、B兩物體的熱輻射情況§20-2絕對黑體的輻射定律%1.實驗研究1.製置2.結(jié)杲%1.實驗定律1.維恩位移定律九?T=bb=2.897x10%k2.斯特藩一玻爾茲曼定律二刃4(t=5.67x1(T*W?〃嚴*7例:地球距離太陽1.5x10嘆加,太陽直徑D=1.39xl06^m,太陽表面的溫度

4、T=6000Ko若太陽可看成絕對黑體,問在地球表而受陽光垂直照射時每平方米的而積上每秒鐘得到的輻射能是多少?§20-3普朗克公式%1.前人的工作1.瑞利一金斯的工作:經(jīng)典的電磁場理論+能量均分原理;eB(AfT)=2兀ckTAT4此公式長波段與實驗符合得很好2?維恩的工作:經(jīng)典的電磁場理論+玻爾茲曼一麥克斯韋分布;_heeB(AtT)=27rhc2Z5e~^此公式短波段與實驗符合得很好,“把物理學直接引到了量子物理的大門口”,獲1911年諾貝爾獎%1.普朗克公式2兀hfS二叵阿-1此公式獲得了巨大的成功:1.岡滿解釋了實驗曲線;2.可導出斯特藩一玻爾茲曼定

5、律3.可導出維恩位移定律。%1.普朗克假設(shè):1.空腔黑體可用一些線性諧振子來代表;2.諧振子只能處于某些特殊的不連續(xù)的狀態(tài)屮,它們的能量只能是E=hv的整數(shù)倍;3.發(fā)射和吸收的能量只能是£的整數(shù)倍。%1.歷史回顧1894年起,普朗克從熱力學研究中轉(zhuǎn)到黑體輻射問題上,那里“風平浪靜”。他的目標是追求爛原理與電動力學的協(xié)調(diào)一致1897^1899年,五篇報告總題口為“不可逆輻射過程”-柏林科學院;維恩公式,他很快接受,并用更系統(tǒng)的方法推導之1900年2月得知維恩公式有長波段偏差顯著1900.10.7,魯木斯夫婦訪問了他,并告知一重要信息:瑞利公式在長波段與實驗符

6、合得很好,當天即用內(nèi)插法獲得新的輻射公式…1900.12.14,在德國赫姆霍茲研究所召開的德國物理學會會議上報告了他的革命性的發(fā)現(xiàn):《正常光譜中能量分布律的理論》物理學史上公認這一天為量子論的誕生日:自然科學新紀元的開端1918獲諾貝爾獎§20-4光電效應(yīng)愛因斯坦方程%1.光電效應(yīng):可見光或紫外光射到某些金屈表而上時,冇電子從表而逸出的現(xiàn)彖。實驗裝置:如圖%1.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1.魚蟲迂數(shù)與入射光強度間的關(guān)系一光電效應(yīng)第一定律;11xN即:單位吋間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)與入射光的強度成正比2.光電子的最大初動能與入射光頻率間的關(guān)系:光電效應(yīng)第二定律1

7、2—mv-ekv-eU02°即:光電子的最大初動能隨入射光的頻率增大而線性增大,與入射光的強度無關(guān)。3.紅限頻率/,光電效應(yīng)第三定律v>v0才會產(chǎn)生光電效應(yīng)(P.222表20-1,各種常用金屈的紅限頻率)k光電效應(yīng)第三定律:當光射到某一給定的金屈時,無論入射光的強度如何,當其頻率小于勺時,則不會產(chǎn)生光電效應(yīng);4.光電效應(yīng)的吋間:<10_85%1.光電效應(yīng)與光的波動理論的矛盾1.光子的初動能:—mv2=ekv—eU(、20按波動說,應(yīng)取決于入射光強/2.光電效應(yīng)的時間:<10"8^按波動說,入射光越弱,其積累能量的吋間越長,……電子獲得足夠的能量才能逸出。%

8、1.光子假設(shè)愛因斯坦方程(1905年)逸出功:電子逸出物體表面所需

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