量子光學(xué)基礎(chǔ)培訓(xùn)講學(xué).ppt

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1、量子光學(xué)基礎(chǔ)大學(xué)物理學(xué)：量子光學(xué)基礎(chǔ)2熱輻射黑體輻射基爾霍夫定律斯特潘-玻耳茲曼定律維恩位移定律維恩公式瑞利-金斯公式普朗克量子假設(shè)愛因斯坦光量子假設(shè)光電效應(yīng)康普頓散射光的粒子性光的波粒二象性光的波動性⑴黑體輻射問題→“紫外災(zāi)難”；⑵光電效應(yīng)→n

2、0年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史.其間，經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創(chuàng)新努力，到20世紀(jì)30年代，就建立了一套完整的量子力學(xué)理論.量子力學(xué)宏觀領(lǐng)域經(jīng)典力學(xué)現(xiàn)代物理的理論基礎(chǔ)量子力學(xué)相對論量子力學(xué)微觀世界的理論起源于對波粒二相性的認(rèn)識大學(xué)物理學(xué)：引言4所有物體在任何溫度下都要發(fā)射電磁波，這種與溫度有關(guān)的輻射稱為熱輻射(heatradiation)。熱輻射的電磁波的波長、強(qiáng)度與物體的溫度有關(guān)，還與物體的性質(zhì)表面形狀有關(guān)。§21-2普朗克的能量子假說1.熱輻射的基本概念一、熱輻射

3、現(xiàn)象False-colourinfraredimageofWhirlpoolgalaxyThermogramofman大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說5單色輻出度M?：為了描述物體輻射能量的能力，定義物體單位表面在單位時間內(nèi)發(fā)出的波長在?附近單位波長間隔內(nèi)的電磁波的能量，為單色輻出度M?，即輻出度M(T):物體從單位面積上發(fā)射的所有各種波長的輻射總功率稱為物體的總輻出度M(T)大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說6單色吸收比:當(dāng)輻射從外界入射到物體表面時，在?到?+d?的波段內(nèi)吸收的能量“E?吸收d?”與入射的總能量“E?入射d?”之比:

4、吸收比:當(dāng)輻射從外界入射到物體表面時，吸收能量與入射總能量之比:吸收能力的量度大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說7同一個物體的發(fā)射本領(lǐng)和吸收本領(lǐng)有內(nèi)在聯(lián)系室溫下的反射光照片1100K的自身輻射光照片2.基爾霍夫定律大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說8基爾霍夫定律：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在溫度一定時物體在某波長λ處的單色輻出度與單色吸收比的比值與物體及其物體表面的性質(zhì)無關(guān)，即一個好的發(fā)射體一定也是好的吸收體。大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說9黑體:能完全吸收各種波長電磁波而無反射的物體顯然，黑體的吸收比和單色吸收比為100%黑體是最理想模型，（如圖）在不

5、透明材料圍成的空腔上開一個小孔。該小孔的可認(rèn)為是黑體的表面。黑體能吸收各種頻率的電磁波，也能輻射各種頻率的電磁波。思考：黑色的物體是黑體嗎？大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說10二、黑體輻射的基本規(guī)律測定黑體輻出度的實(shí)驗(yàn)簡圖PL2B2AL1B1CA為黑體B1PB2為分光系統(tǒng)C為熱電偶大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說11實(shí)驗(yàn)結(jié)果:024681012鎢絲和太陽的單色輻出度曲線21210468太陽可見光區(qū)鎢絲（5800K）太陽（5800K）鎢絲醫(yī)學(xué)物理學(xué)：黑體輻射120100020001.00.5黑體輻射規(guī)律:可見光區(qū)3000K6000K（1

6、）斯忒藩—玻爾茲曼定律斯忒藩—玻爾茲曼常量（2）維恩位移定律常量峰值波長大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說13大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說14以上兩個實(shí)驗(yàn)定律是遙感、高溫測量和紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。（3）維恩定律（c2和c3為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）4012356789維恩線大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說15（4）瑞利-金斯定律4012356789瑞利-金斯線大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說16經(jīng)典理論在短波區(qū)域的失敗成為“紫外災(zāi)難”。（5）普朗克經(jīng)驗(yàn)公式4012356789大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說17近代偉大的德國物理學(xué)家，量子論的奠基

7、人，一九一八年獲諾貝爾物理學(xué)獎。(1858~1947)大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說18在長波情況下：瑞利-金斯公式大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說19在短波情況下：維恩公式大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說20三、普朗克的能量子假設(shè)普朗克常量能量子為單元來吸收或發(fā)射能量.普朗克認(rèn)為：金屬空腔壁中電子的振動可視為一維諧振子，它吸收或者發(fā)射電磁輻射能量時，不是過去經(jīng)典物理認(rèn)為的那樣可以連續(xù)的吸收或發(fā)射能量，而是以與振子的頻率成正比的普朗克黑體輻射公式空腔壁上的帶電諧振子吸收或發(fā)射能量應(yīng)為大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說21經(jīng)典理論的基本觀點(diǎn)

8、：（1）電磁輻射來源于帶電粒子的振動，電磁波的頻率與振動頻率相同。（2）振子輻射的電磁波含有各種波長，是連續(xù)的，輻射能量也是連續(xù)的。（3）溫度升高，振子振動加強(qiáng)，輻射能增大。大學(xué)物理學(xué)：普朗克的能量子假說22光電效應(yīng)：當(dāng)一束光照射在金屬表面上時，金