《量子光學(xué)基礎(chǔ)》PPT課件

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1、浙江大學(xué)城市學(xué)院黃敏Tel:85787463E-mail:Huangm@zucc.edu.cn大學(xué)物理UniversityPhysics7/21/20211本章主要講解五個(gè)方面問題：1）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2）普朗克能量子假設(shè)3）光電效應(yīng)與愛因斯坦光子理論4）康普頓效應(yīng)5）光的波粒二象性黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、熱輻射在任何溫度下，一切宏觀物體都以電磁波的形式向外輻射能量。對(duì)于給定的物體而言，在單位時(shí)間內(nèi)輻射能量的多少以及輻射能量按波長的分布等都取決于物體的溫度，因此，這種輻射就稱之為熱輻射，或者稱為溫度輻射。另外，一切物體在向外界發(fā)射

2、輻射能的同時(shí)也吸收周圍物體發(fā)出的輻射能。以白熾燈為例，燈絲通以電流后，當(dāng)溫度T<800K時(shí)，我們只感覺到燈絲發(fā)熱，而不見燈絲發(fā)光，因?yàn)榇藭r(shí)絕大部分的輻射能量分布在紅外區(qū)域，我們?nèi)庋塾^察不到。當(dāng)溫度T>800K時(shí)，燈絲微微發(fā)紅，繼續(xù)升高溫度，燈絲由暗紅變橙黃，再變白，當(dāng)溫度極高時(shí)，燈絲呈青白色，即達(dá)到所謂的“白熾化”，同時(shí)我們感到燈絲灼熱逼人。以上事例說明：①溫度升高，輻射的總能量增加。②溫度升高，輻射能量更多地向短波部分分布。2、單色輻出度（舊稱：單色發(fā)射本領(lǐng)）輻射出射度（舊稱：發(fā)射本領(lǐng)）【單色輻出度】在一定溫度下，物體在單位時(shí)間

3、內(nèi)，從單位表面積上發(fā)射的波長在???+??范圍內(nèi)的輻射能為dE?。2、單色輻出度（舊稱：單色發(fā)射本領(lǐng)）輻射出射度（舊稱：發(fā)射本領(lǐng)）【輻射出射度】在一定溫度下，物體在單位時(shí)間內(nèi)、從單位表面積上輻射的各種波長的總輻射能，記為M(T)。3、絕對(duì)黑體------一個(gè)物體如果能完全吸收投射到其表面的任何波長的輻射能，即不反射，也不透射，我們稱這種物體為絕對(duì)黑體，簡稱黑體。絕對(duì)黑體是一種理想化的模型。但用不透明的材料制成的一個(gè)有小孔的空腔，可以視為絕對(duì)黑體。如：山洞、窗口、爐膛等。①斯忒藩—玻耳茲曼定律②維恩位移定律維恩(W.Wien,186

4、4---1928)德國物理學(xué)家，1911年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)如：太陽單色輻出度最大處波長?m～0.49?m→T=5900K維恩位移定律在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上具有極廣泛的應(yīng)用，是測量高溫、遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。如下圖所示，太陽輻射譜--大氣層外的太陽輻射曲線同5900K的黑體輻射曲線類似。太陽光穿入大氣層時(shí)被大氣吸收，水汽和二氧化碳在紅外區(qū)強(qiáng)烈吸收太陽輻射，臭氧在紫外區(qū)強(qiáng)烈吸收太陽輻射。人體體溫310K(370C)～?m=9.35?m“輻射高溫計(jì)”，“爐火純青”等等宇宙背景輻射?m～0.1cm→T=2.7K【例題】在地球大氣層外測

5、得太陽輻射譜，它的極值波長為490nm，設(shè)太陽為黑體，求：①太陽表面溫度T；②太陽表面單位面積的輻射功率？本章主要講解五個(gè)方面問題：1）黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2）普朗克能量子假設(shè)3）光電效應(yīng)與愛因斯坦光子理論4）康普頓效應(yīng)5）光的波粒二象性普朗克能量子假設(shè)在19世紀(jì)未，已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)上測定了絕對(duì)黑體的單色輻出度MB?(T)與(?,T)的關(guān)系曲線。如何從理論上推導(dǎo)出符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的MB?(T)函數(shù)表達(dá)式，就成為當(dāng)時(shí)物理學(xué)中引人注目的問題之一。許多物理學(xué)家嘗試從經(jīng)典理論出發(fā)對(duì)絕對(duì)黑體的輻射規(guī)律給予解釋。瑞利—金斯公式(1900年)維恩公式(18

6、96年)MB??試驗(yàn)曲線長波范圍與實(shí)驗(yàn)符合，而在短波范圍內(nèi)不符合——“紫外災(zāi)難”短波范圍與實(shí)驗(yàn)符合，而在長波范圍內(nèi)不符合與實(shí)驗(yàn)符合紫外災(zāi)難普朗克公式的得來,起初是半經(jīng)驗(yàn)的,即利用內(nèi)插法將適用于短波的維恩公式和適用于長波的瑞利—金斯公式銜接起來,在得到了公式后,普朗克才設(shè)法從理論上去論證它。為解釋這一公式，普朗克提出了能量量子化假設(shè)MB??試驗(yàn)曲線普朗克公式普朗克常數(shù)普朗克（M.Planck,1858---1947）德國理論物理學(xué)家，量子論的奠基人，被德國科學(xué)界譽(yù)為“帝國的科學(xué)首相”。早在1899年，普朗克在研究輻射熱力動(dòng)力學(xué)時(shí)，就

7、提出了一個(gè)新的普適常數(shù)h，該常數(shù)后來稱為基本作用量子，現(xiàn)稱普朗克常數(shù)。普朗克于1858年4月23日出生于德國基爾。從小就在音樂、文學(xué)及數(shù)學(xué)等方面顯露了才華，但最終選擇了科學(xué)。1877年在柏林大學(xué)獲得博士學(xué)位，先后在多座大學(xué)任教。1889年接替導(dǎo)師基爾霍夫繼任柏林大學(xué)科學(xué)講座教授，直到1926年退休。1900年12月14日他在德國物理學(xué)會(huì)上，宣讀了以《關(guān)于正常光譜中能量分布定律的理論》為題的論文，提出了能量的量子化假設(shè)，并導(dǎo)出黑體輻射能量的分布公式。勞厄稱這一天是“量子論的誕生日”。普朗克提出的能量子概念是非常新奇的，它揭示了微觀世

8、界中一個(gè)重要規(guī)律，開創(chuàng)了物理學(xué)的一個(gè)全新領(lǐng)域。假設(shè)具有劃時(shí)代的意義，于1918年普朗克60歲時(shí)被授予Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)，從而肯定了他對(duì)物理學(xué)發(fā)展的不朽貢獻(xiàn)。普朗克的一生與音樂結(jié)下了不解之緣，他是鋼琴家、風(fēng)琴手，又是音樂指揮家。直到他逝世的當(dāng)天，仍像