《量子光學(xué)基礎(chǔ)》PPT課件

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1、教學(xué)基本要求一掌握熱輻射的兩條實(shí)驗(yàn)定律：斯特藩—玻耳茲曼定律和維恩位移定律，以及經(jīng)典物理理論在說明熱輻射的能量按頻率分布曲線時(shí)所遇到的困難.理解普朗克量子假設(shè).二掌握經(jīng)典物理理論在說明光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律時(shí)所遇到的困難.理解愛因斯坦光子假設(shè)，掌握愛因斯坦方程.三理解康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，以及愛因斯坦的光子理論對(duì)這個(gè)效應(yīng)的解釋.理解光的波粒二象性.量子概念是1900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

2、，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(duì)論量子力學(xué)微觀世界的理論起源于對(duì)波粒二相性的認(rèn)識(shí)一、何謂熱輻射物體在任一溫度下都要發(fā)射各種波長的電磁波。18-1熱輻射基爾霍夫定律熱輻射：物體在不同溫度下發(fā)出的各種電磁波的能量按波長的分布隨溫度而不同的電磁輻射火爐600度1000度400度因輻射與溫度有關(guān)，故稱熱輻射1）熱輻射過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)以電磁波的形式向外輻射電磁波的過程。其輻射的能量稱之為輻射能。2）熱輻射有平衡熱輻射與非平衡熱輻射：當(dāng)物體因輻射而失去的能量等于從外界

3、吸收的輻射能時(shí)，這時(shí)物體的狀態(tài)可用一確定的溫度來描述，這種熱輻射稱為平衡熱輻射。反之稱為非平衡熱輻射。注意：二、單色輻射出射度、輻射出射度、單色吸收率、單色反射率實(shí)驗(yàn)表明：物體輻射能多少?zèng)Q定于物體的溫度（T）、輻射的波長、時(shí)間的長短、發(fā)射的面積1）單色輻射出射度（單色輻出度，單色發(fā)射本領(lǐng)）單位時(shí)間內(nèi)，溫度為T的物體的單位面積上發(fā)射波長在??+d?范圍內(nèi)的輻射能dW?（T）與波長間隔d?比值，用e(?,?)表示。光源S=1顯然，它是波長和溫度的函數(shù)024681012鎢絲和太陽的單色輻出度曲線21210468太陽可

4、見光區(qū)鎢絲（5800K）太陽（5800K）鎢絲2）輻射度（輻射出射度，總發(fā)射本領(lǐng)）單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所輻射的各種波長的總的輻射能，用M（T）表示。顯然，它是溫度的函數(shù)光源S=1實(shí)驗(yàn)表明:吸收與反射的能量與物體溫度有關(guān)、與輻射能的波長范圍有關(guān).3)單色吸收比、單色反射比不透明介質(zhì)A吸吸收I入射入射R反反定義：一束波長為???+d?，強(qiáng)度為I?的電磁輻射入射到溫度為T的物體上時(shí)，若反射光的強(qiáng)度為R（?T），吸收光的強(qiáng)度為A（?T），則定義：單色吸收比：單色反射比：單色吸收比：單色反射比：顯然，對(duì)不透明的物體

5、：同除I?：？？？實(shí)驗(yàn)表明輻射能力越強(qiáng)的物體，其吸收能力也越強(qiáng).三、黑體能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁輻射的物體稱為黑體.（黑體是理想模型）注意：1）黑體是對(duì)入射的輻射能全部吸收（不管什么波長）的物體，也不反射。因此當(dāng)其自身的熱輻射很弱時(shí)，看上去是黑洞洞的。2）黑體是理想化的模型，實(shí)際中的物體的吸收率總是小于1。拋光的銅鏡表面：一般金屬表面：煤煙：3）一個(gè)開有小孔的內(nèi)表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑體。如遠(yuǎn)處不點(diǎn)燈的建筑物若室內(nèi)點(diǎn)燈（自身輻射不很弱）絕熱恒溫體四.基爾霍夫定律（Kirchhoff’sLa

6、w）T=C一個(gè)實(shí)驗(yàn)M1M2B真空N個(gè)不同物體和一黑體置于一絕熱恒溫體內(nèi)，經(jīng)過熱輻射交換能量，達(dá)到熱平衡態(tài),物體與容器具有相同溫度且保持不變。材質(zhì)的輻出度不同，即每個(gè)物體單位時(shí)間、單位面積輻射的能量不同。要維持溫度不變，物體吸收的輻射能須等于輻射出的能量.故要維持平衡熱輻射，只有輻射能量較多的物體吸收能量也多，反之亦然?；鶢柣舴蚨?同樣的溫度下，不同物體對(duì)相同波長的單色輻出度與單色吸收率之比值都相等，等于該溫度下黑體對(duì)同一波長的單色輻出度。為黑體的單色輻出度為黑體的單色吸收率其中：物理意義:熱平衡時(shí),強(qiáng)吸收體必

7、然是強(qiáng)輻射體.(好的吸收體也是好的輻射體。)推論I:(某)物體若不能發(fā)射某波長的輻射,那么它也不能吸收這一波長的輻射,反之亦然.推論II:相同溫度,黑體吸收本領(lǐng)最大,其發(fā)射本領(lǐng)也最大研究熱輻射的中心問題是研究黑體的輻射問題會(huì)聚透鏡空腔小孔平行光管棱鏡熱電偶測量黑體輻射出射度實(shí)驗(yàn)裝置18-2絕對(duì)黑體的輻射定律黑體輻射定律1.02.03.04.05.0203010405060?(nm)2200K2000K1800K1600KA)斯忒蕃--玻爾茲曼定律：黑體輻射出射度與絕對(duì)溫度有如下關(guān)系：斯忒蕃--玻爾茲曼常數(shù)含義：

8、它說明對(duì)于黑體，溫度越高，輻出度M0B(T)越大且隨T增高而迅速增大。(1879年斯特藩由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出,1884年玻耳茲曼由熱力學(xué)得出)B)維恩位移定律：黑體溫度增高時(shí)，其單色輻出度的峰值波長向短波方向傳播，且有如下關(guān)系：峰值波長T：絕對(duì)溫度火爐1000度2000度800度爐火純青1.02.03.04.05.0203010405060?(nm)2200K2000K1800K1600