医用物理学（中山大学）CHAP12_量子力学基础.pptVIP

第十二章 量子力学基础 12-1 黑体辐射 一、黑体辐射定律 1．热辐射( thermal radiation ) 　 ：物体内部由热运动引起的辐射电磁波能量的现象. 辐出度 (radiant extance) ：物体在单位时间内从单位表面积发射出去的, 波长在? 附近单位波长内的能量, M (T, ?)． 辐射总能量： 在热平衡条件下，辐出度和物体吸收的能量有关。 吸收率 (absorptance) ：物体在单位时间内单位表面积吸收的能量与入射能量之比， a (T, ?) 1 J(T, ? ) = A(T, ?) + R(T, ? ) 辐出度 Mi(T, ?) = Ai(T, ?) = ai(T, ?) · M0(T, ?) 热平衡状态下， ai(T, ?) = Ai(T, ?)/J(T, ?) 1 Mi(T, ?) = Ai(T, ?) = ai(T, ?) J(T, ?) 对于a0(T, ?) =1，M0(T, ?) = A0(T, ?) = J(T, ?) 2. 黑体 黑体(black body)：吸收率 a(T, ?)=1 的物体． 黑体模型：用耐高温不透明材料做成的空腔容器，并在空腔壁上开一小孔． 小孔可视为一块黑体的表面． 改变黑体的温度，测出M0(T, ?) 任意物体： M(T, ?) = a (T, ?) · M0(T, ?) 研究热辐射的中心问题——黑体辐射规律 3．黑体辐射规律 (1) 斯忒藩——玻尔兹曼定律 M(T) = ?T 4， (2) 维恩位移定律 ?m=b/ T , b=2.898?10-3m?K 4. 热辐射基本规律的应用 (2) 红外追踪 (3) 医学应用 (1) 温度遥测 热像图, 分辨率0.03oC/cm2． 无接触体温测量仪　 ? = 5.67?10-8W?m-2?K- 4 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言。在回顾过去岁月之后，他充满自信地说: 物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。只是明朗的天空中还有两朵乌云，一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。 然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。 1900——世纪之交的物理学 二、普朗克量子假设 M (T, ?) = c1?- 4T 1. 瑞利-金斯公式 (1900年6月) M (T, ?) = c2?-5exp(-c3 /?T), 2. 维恩公式(1896年) 长波符合, “紫外灾难” 长波不符 3. 普朗克公式(1900年10月19日) h = 6.55 ?10-34J?s(普朗克) h = 6.626?10-34J?s 4. 普 朗 克 量子假设 (1900年12月24日) (1) 能量子假设， E=h? (2) 意义：现代量子理论的开端 一、光电效应的实验规律 (1) 临界频率?0 (2) 光电子初速度(或初动能)与光强度无关，与光频率有关 。 (3) ? ?0 时，单位时间内, 光电子数 ? 光强度 (4) 瞬时性，10-9s 12-2 光的量子性 光电效应：金属表面受到适当频率的光照射而放出电子的现象。 二、爱因斯坦的光电效应方程 1．光量子假设 光量子(light quantum), 光子(photo): E= h? 光是由能量为 h? 的光子组成的粒子流 2．爱因斯坦光电效应方程 A 为脱出功 只有 h? A 时 , 才能产生光电效应 ? 0= A /h 设当? = ? 0 时 , h? 0= A , ——临界频率 三、光的波粒二象性 狭义相对论，E=mc2＝ m(v)c2 1．光子的质量 m?=E/c2= h? /c2 理论预言(1911年, 爱因斯坦)：经太阳附近光线弯曲 1.75” 2．光子的动量 p? = m? c=( h? /c2) c= h? /c = h/? 实验验证: 太阳风 3．光的波粒二象性 光的传播过程，波动性； 光与物质相互作用，粒子性． 实验验证：1919年5月29日，1.98” ?0.12” ; 1.61”?