《量子光學(xué)基礎(chǔ)》PPT課件

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1、第二十一章量子光學(xué)基礎(chǔ)§21-1熱輻射黑體輻射⑴黑體輻射問題→“紫外災(zāi)難”；⑵光電效應(yīng)→ν<ν0,無論I多大,沒有光電子逸出;而它的能量只與ν有關(guān),和I無關(guān)；⑶原子的線狀光譜及其規(guī)律,巴爾末公式的物理機(jī)制？⑷原子穩(wěn)定性；⑸固體分子的比熱問題:Cｖ＝３R→Cｖ＝0；經(jīng)典物理的幾個(gè)困難：兩大新理論的誕生：①狹義和廣義相對(duì)論；②量子力學(xué)熱輻射：由于物體中分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波輻射的現(xiàn)象?；拘再|(zhì):溫度?發(fā)射的能量?電磁波的短波成分?例如：加熱鐵塊一.基爾霍夫(Kirchhoff)定律單色輻出度：從物體單位表面積

2、上發(fā)射的，波長(zhǎng)介于?和?+d?之間的輻射功率dE?與d?之比。輻出度:物體從單位表面積上發(fā)射的所有各種波長(zhǎng)的輻射總功率。單色吸收比：當(dāng)輻射從外界入射到物體表面時(shí)，在?到?+d?的波段內(nèi)，吸收能量與入射能量之比。401231700K1100K1300K1500K單色反射比：反射能量與入射能量之比。基爾霍夫定律：在同樣的溫度下，不同的物體或不同表面性質(zhì)的物體，其單色輻出度與單色吸收率之比是一恒量。結(jié)論：一個(gè)好的吸收體一定也是一個(gè)好的發(fā)射體。二.黑體輻射定律黑體：能吸收一切外來輻射（即吸收比為1），而無反射的物體。黑體是

3、最理想的發(fā)射體401231700K1100K1300K1500K1.斯忒藩-玻爾茲曼定律：物體的輻出度與溫度的四次方成正比。斯忒藩常數(shù)：2.維恩位移定律：能譜分布曲線的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)?m與溫度T的乘積為一常數(shù)?！?1-2普朗克能量子假設(shè)維恩定律：（c2和c3為經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）4012356789維恩線瑞利-金斯定律：4012356789瑞利-金斯線經(jīng)典理論在短波區(qū)域的失敗成為“紫外災(zāi)難”。普朗克經(jīng)驗(yàn)公式：4012356789近代偉大的德國(guó)物理學(xué)家，量子論的奠基人，一九一八年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。(1858~1947)在長(zhǎng)波情

4、況下：瑞利-金斯公式在短波情況下：維恩公式經(jīng)典理論的基本觀點(diǎn)：（1）電磁輻射來源于帶電粒子的振動(dòng)，電磁波的頻率與振動(dòng)頻率相同。（2）振子輻射的電磁波含有各種波長(zhǎng)，是連續(xù)的，輻射能量也是連續(xù)的。（3）溫度升高，振子振動(dòng)加強(qiáng)，輻射能增大。普朗克量子假設(shè)：對(duì)于頻率為?的振子，振子輻射的能量不是連續(xù)的，而是分立的，它的取值是某一最小能量h?的整數(shù)倍。例題：（1）溫度為20℃的物體，它的輻射能中輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)是多少？（2）若使一物體單色輻出度的峰值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)在紅色譜線范圍內(nèi)，其溫度應(yīng)為多少？（3）上兩小題中，總輻

5、射能的比率為多少？解：（1）（2）取?=6500A（3）§21-3光子弱光起伏實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)：當(dāng)一束光照射在金屬表面上時(shí)，金屬表面有電子逸出的現(xiàn)象。GVKA-一.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)一：入射光強(qiáng)度和頻率不變IU0IH1、增加電壓U，光電流隨之增加，直至飽和。3、當(dāng)反向電壓U=Va時(shí),光電流I=0。2、電壓U=0時(shí)，光電流I=0。截止電壓：光電子剛好不能到達(dá)A極時(shí)所加的反向電壓值Va。實(shí)驗(yàn)二：改變?nèi)肷涔鈴?qiáng)度和頻率IU0I1I2I3VaIU0Va1Va2Va31、入射光頻率不變，飽和電流IH的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。2、入射光

6、的強(qiáng)度不變時(shí)，其頻率越高，截止電壓Va越大。即：K極逸出的電子數(shù)與入射光的強(qiáng)度成正比。即：光電子初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光的頻率有關(guān)。3、存在一個(gè)“截止頻率”（紅限）?o。4、光電效應(yīng)瞬時(shí)響應(yīng)的性質(zhì)。t<10-9秒經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)的困難：按照光的經(jīng)典電磁理論：a.光波的強(qiáng)度與頻率無關(guān)，電子吸收的能量也與頻率無關(guān)，更不存在截止頻率！b.光波的能量分布在波面上，陰極電子積累能量克服逸出功需要一段時(shí)間，光電效應(yīng)不可能瞬時(shí)發(fā)生！愛因斯坦的光量子論:a.普朗克假定是不協(xié)調(diào)的只涉及發(fā)射或吸收,未涉及輻射在空間的傳

7、播。愛因斯坦方程c.對(duì)光電效應(yīng)的解釋當(dāng)?＜A/h時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)。紅限頻率光量子具有“整體性”電磁輻射由以光速c運(yùn)動(dòng)的局限于空間某一小范圍的光量子（光子）組成，?=h?b.愛因斯坦光量子假設(shè)(1905)應(yīng)用:制成光電轉(zhuǎn)換器件，如光電管,用于光功率測(cè)量,光信號(hào)記錄電影、電視和自動(dòng)控制等。(1879~1955)二十世紀(jì)最偉大的自然科學(xué)家,物理學(xué)革命的旗手。例題：鉀的光電效應(yīng)紅限為?o=6.2?10-7m，求（1）電子的脫出功；（2）在紫外線的照射下，截止電壓為多少？（3）電子的初速度為多少？解：例題：有一金屬鉀薄片，

8、距弱光源3米。此光源的功率為1W，計(jì)算在單位時(shí)間內(nèi)打在金屬單位面積上的光子數(shù)。設(shè)?=5890A。解：石墨體x射線譜儀康普頓效應(yīng)：在散射的x射線中，不但存在與入射線波長(zhǎng)相同的反射線，同時(shí)還存在波長(zhǎng)大于入射線波長(zhǎng)的反射線現(xiàn)象?！?1-4康普頓效應(yīng)(1892~1962)美國(guó)物理學(xué)家1、在原子量小的物質(zhì)中，康普頓散射較強(qiáng)，反之較弱。2、波長(zhǎng)的改變量?-?o隨散射角θ