【2017年整理】23量子光学基础.ppt

浙江大学城市学院 黄 敏;本章主要讲解五个方面问题： 1）黑体辐射的实验规律 2）普朗克能量子假设 3）光电效应与爱因斯坦光子理论 4）康普顿效应 5）光的波粒二象性;黑体辐射的实验规律; 以白炽灯为例，灯丝通以电流后，当温度 T 800 K时，我们只感觉到灯丝发热，而不见灯丝发光，因为此时绝大部分的辐射能量分布在红外区域，我们肉眼观察不到。当温度T800 K时，灯丝微微发红，继续升高温度，灯丝由暗红变橙黄，再变白，当温度极高时，灯丝呈青白色，即达到所谓的“白炽化”，同时我们感到灯丝灼热逼人。以上事例说明：;2、单色辐出度（旧称：单色发射本领） 辐射出射度（旧称：发射本领）;2、单色辐出度（旧称：单色发射本领） 辐射出射度（旧称：发射本领）;3、绝对黑体------一个物体如果能完全吸收投射到其表面的任何波长的辐射能，即不反射，也不透射，我们称这种物体为绝对黑体，简称黑体。;Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.;① 斯忒藩—玻耳兹曼定律;如：太阳单色辐出度最大处波长 ?m～ 0.49?m→ T=5900K;如下图所示，太阳辐射谱--大气层外的太阳辐射曲线同5900K的黑体辐射曲线类似。太阳光穿入大气层时被大气吸收，水汽和二氧化碳在红外区强烈吸收太阳辐射，臭氧在紫外区强烈吸收太阳辐射。 ;人体体温310K(370C) ～ ?m =9.35?m “辐射高温计”，“炉火纯青”等等 宇宙背景辐射 ?m～0.1cm →T =2.7K;【例题】在地球大气层外测得太阳辐射谱，它的极值波长为490 nm，设太阳为黑体，求：① 太阳表面温度 T；② 太阳表面单位面积的辐射功率？ ;本章主要讲解五个方面问题： 1）黑体辐射的实验规律 2）普朗克能量子假设 3）光电效应与爱因斯坦光子理论 4）康普顿效应 5）光的波粒二象性;普朗克能量子假设;瑞利 — 金斯公式 (1900年);紫外灾难;普朗克公式的得来,起初是半经验的,即利用内插法将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利—金斯公式衔接起来,在得到了公式后,普朗克才设法从理论上去论证它。; 普朗克（M. Planck, 1858---1947）德国理论物理学家，量子论的奠基人，被德国科学界誉为“帝国的科学首相”。早在1899年，普朗克在研究辐射热力动力学时，就提出了一个新的普适常数h，该常数后来称为基本作用量子，现称普朗克常数。; 1900年12月14日他在德国物理学会上，宣读了以《关于正常光谱中能量分布定律的理论》为题的论文，提出了能量的量子化假设，并导出黑体辐射能量的分布公式。劳厄称这一天是“量子论的诞生日”。 普朗克提出的能量子概念是非常新奇的，它揭示了微观世界中一个重要规律，开创了物理学的一个全新领域。假设具有划时代的意义，于1918年普朗克60岁时被授予Nobel物理学奖，从而肯定了他对物理学发展的不朽贡献。;;普朗克能量子假设; 量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”的原则直接矛盾，因此许多物理学家不予接受。普朗克本人也曾几度(前后花费15年时间)想倒退，回到经典物理学的立场上去。但是，“无济于事，我们必须与量子理论共处”。;本章主要讲解五个方面问题： 1）黑体辐射的实验规律 2）普朗克能量子假设 3）光电效应与爱因斯坦光子理论 4）康普顿效应 5）光的波粒二象性; 1887年，赫兹在作放电实验时偶然观察到光电效应现象。1900年，赫兹的同事勒纳德（P. Lenard）指出：光电效应是金属中电子吸收入射光的能量而从表面逸出的现象。1905年，伟大的物理学家爱因斯坦从理论上对光电效应作出了科学的解释。;1、光电效应的实验规律;① 饱和光电流与入射光强成正比。 ② 光电子最大初动能与光强无关，与入射光频率有关。 ③ 从光照射到阴极表面到发射光电子所需的时间间隔小于10-9秒数量级，与光的强弱无关，不存在时间延迟。;2、经典电磁场理论的困难;单个孤立原子;① 按照经典电磁波理论，光的强度越大，光波电矢量E的幅度越大，作用在金属内电子的强迫力越大，光电子获得的能量也越大，逸出金属后的初动能也越大，但实验事实是光电子最大初动能与光强无关，与入射光的频率有关。 ② 按照经典电磁波理论，光波是连续传播的，金属中的电子将连续不断地从入射波中吸收能量，只要入射光波有足够的强度，就能够提供电子足够的能量，也就是说，光的波动理论不能解释“红限频率”的存在。 ③ 按照经典电磁波理论，金属中的电子从入射波吸收能量需要