医用物理学（俞航）第13章光的粒子性.pptVIP

* * 第十三章 光的粒子性 * * 普朗克——能量子解释黑体辐射； 爱因斯坦——光量子解释光电效应； 玻尔——能级解释原子核式模型与氢 光谱； 德布罗意——提出实物粒子的波粒二象性； 海森伯、薛定谔、玻恩、狄拉克——量子理论。 19世纪末一系列重大的发现，揭开了近代物理学的序幕。 (M.Planck ,1858—1947) * * 基本性质： 温度? ?发射的能量? ? 电磁波的短波成分? 平衡热辐射：物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量。 实 验： 1、热辐射 组成物体的分子中都包含着带电粒子当分子作热运动时物体将会向外辐射电磁波，由于这种电磁辐射与物体的温度有关，故称热辐射。 §13-1 黑体辐射(black-body radiation) 一、热辐射(heat radiation) * * 单位时间内从温度为T 的物体单位表面发出的波长在 λ — λ +d λ 范围的电磁波的能量为dM 定义 单位 Wm-3 总辐出度M— 单位面积的辐射功率。 同一物体，不同温度下 M（λ，T) 曲线不同。 温度相同的不同物体，M(λ,T)曲线也不同。 单位：Wm-2 曲线下面积 * * 物体对不同波长的辐射反射、吸收能力不同。 定义 单色反射率 单色吸收率 3、单色反射率rλ 与吸收率aλ 根据能量守恒定律，对每一种 波长都有 * * 用 实验证明 空腔内平衡热辐射的两个重要特性 场—— 各向同性+均匀性 物 —— = 常量 aλ ? 1 的物体称 黑体，它能全部吸收射到其表面的一切热辐射，它的单色辐射出射度也大。 寻找黑体单色辐射出射度，成为研究平衡热辐射场的台阶。 注意：黑体不一定是黑色的，黑色的也不一定是黑体。 二 基尔霍夫辐射定律（1859年12月） 绝热壁 * * 电炉 1、斯忒番—玻尔兹曼定律（1874年、1884年） 空腔 棱镜 测得不同频率的辐射功率。 频率不同折射率不同 折射角不同。 G T1 T2 T3 转动平行光管 热电偶 三 黑体辐射的基本规律 * * 2、维恩位移定律 T1 T2 T3 斯忒番-玻尔兹曼定律和维恩位移定律是黑体辐射 的基 本定律，现代广泛应用于高温测量、遥感、红外追踪等。 * * 例题1 先后两次测得炼钢炉测温孔（近似为黑体）辐射出射度的峰值波长?1m=0.8?m、?2m =0.4?m ， 求：（1）相应的温度比；（2）相应的辐射本领之比。 解 （1） 根据维恩位移定律 T1 ?1m = b T2 ?2m = b （2）根据斯忒番-玻尔兹曼定律 * * （1）维恩公式 （2）瑞利—金斯公式 ——玻尔兹曼常数 紫外灾难！ 19世纪末，物理学最引人注目的课题之一——欲从理论上导出 黑体的单色辐射出射度M oλ 的数学式。 ??10-14Hz 1 2 3 6543210 M? 实验曲线 T=2000K 经典物理的困难 * * 能量不连续，只能是 h? 的整数倍。 四、普朗克的量子假设 1900年12月14日，在德国物理学会上演讲——这一天定为量子力学的诞生日。 1900年，普朗克提出能量子h? ， h=6.63?10-34 J.s —— 普朗克常数 并根据玻尔兹曼统计法推出黑体辐射公式 * * 普朗克的量子假设揭示了物质与辐射相互作用的普遍规律。他比喻：能量如商店里卖啤酒，只能一瓶一瓶卖出。 他对自己的理论忐忑不安，“经典理论给了我们这样多有用的东西，因此，必须以最大的谨慎对待它，维护它……除非绝对必要，否则不要改变现有的理论。” 1910年，他提出发射能量不连续，吸收连续，啤酒卖出去后就成了流体。1914年，发射也连续只有相互碰撞时才不连续。 普朗克把物理带到量子论大门口，却没进去。 * * 1887年赫兹发现 紫外光 带电粒子 勒纳证明是电子! 金属 电磁波照射下金属发射电子的现象称为光电效应。 光电效应 §13-2 光电效应 * * 一、光电效应的实验规律 金属中的自由电子在光的照射下，吸收光能而逸出金属表面，这种现象称为光电效应。在光电效应中逸出金属表面的电子称为光电子。光电子在电场的作用下运动所提供的电流，称为光电流。 U G 实验原理 A K 光电效应有如下规律： U0 3 1 2 U I IS 0 1. 光电流的强度 对于同一单色光，单位时间内逸出金属表面的光电子数，与入射光强成正比。 * * 2. 光电子的初动能 光电子的初动能随入射光频率的上升而线性地增大，但与入射光强无关。 3. 引起光电效应的入射光的频率下限 如果入射光的频率低于该金属的红限，则无论入射光强多大，都不会使这种金属产生光电效应。 （金属的红限） 4. 引起光电效应