光的量子性课件.pptxVIP

光的量子性;

1·1輻射的兩種形式

根據物體在產生輻射過程中用以維持輻射的能量獲取方式的不

同，可將輻射分為兩種基本形式：熱輻射和發光。;2發光

定義：輻射所需的能量依靠外界的激發過程獲得。

特點：①是一種非平衡輻射。

②輻射體發射的主要是線狀光譜和帶狀光譜。;2吸收本領（吸收比）

是描述輻射物體吸收能量的能力的物理量。

設入射在輻射物體單位面積上的輻射能量為d??、?，被輻射物

體單位面積吸收的輻射能量為d?`?、?，定義吸收本領為;

2·1黑體黑體輻射實驗

為了找出基爾霍夫定律中的普適函數f（?、?），建立了黑體這個物理模型。

黑體定義：吸收本領A（?、?）=1的輻射體。

對於黑體，基爾霍夫定律表述為

物理學家們由此設想：若能模擬黑體、並由黑體輻射實驗測得

其輻射曲線並得出發射本領?（?、?）的數學運算式，也就求

得了普適函數f（?、?）。

模擬黑體輻射實驗中測得的?～?曲線見圖7－4。

曲線的特點：當?一定時，T，?（?、?）；隨T，?的最大值向短波段移動。;2·2黑體的經典輻射定律

1斯忒藩——玻爾茲曼定律

玻爾茲曼常數

所得結果為?～?實驗曲線下的面積—輻射通量，並未達到預期

目的。

用途：用來計算確定溫度下的熱輻射總能量。

;2維恩公式和維恩位移定律

3

3

3

維恩公式雖然在形式上給出了??、?（??、?）的形式，

但其中仍有待定的函數。

由可求得與??、?最大值對應的波長?m：

這稱為維恩位移定律。

由維恩位移定律可知：當T時，?m，即溫度升高時??、?最大

值對應的波長向短波段移動，與實驗曲線的特點吻合，證明了

其正確性。

用途：可由維恩位移定律求得一定溫度下?m的值。;3瑞利—金斯定律

應用能量均分原理，設每一方向上振動的平均能量為kT，得出

它是一個完全確定的??、?（??、?）運算式，但是只在長波段與

實驗曲線吻合較好，而當?0時會得出?∞的不合理結果，

故被稱為是“紫外災難”。

由以上結果看出，黑體輻射??經典定律與實驗結果均有出入,並

非是物理學家要尋找的東西，但它們都具有一定的實用價值。;

1897年德國物理學家普朗克開始進行黑體輻射研究，1900年10月17日他在德國物理學會年會上作題為《關於對維恩輻射定律的一點改進》的報告，以經驗公式的形式提出了著名的普朗克黑體輻射公式，開創了物理學發展史上的一個新紀元。

普朗克輻射公式：

報告的當晚，通過實驗對公式進行了驗證，結果表明普朗克公式與實驗曲線具有理想的吻合性（參見圖7－5），從而證明了它的正確性。;當時普朗克本人對於公式的物理意義並不明確。兩個月後，1900年12月14日，普朗克提出了全面解釋性的報告，證明只有在假設能量是量子化分佈的前提下才可由理論上導出黑體輻射公式，經典物理學關於能量是連續分佈的基本概念第一次暴露出其局限性。由普朗克的研究結果為起點，物理學開始進入了量子物理的新時代。國際物理學界一致公認，量子物理學是在1900年12月14日誕生的，普朗克是量子物理學的奠基人。;

4·1光電效應及其實驗規律

光電效應：在光的照射下，電子從金屬表面逸出的現象。

光電效應實驗裝置見圖7－8。

光電效應中，由光電管陰極表面逸出的電子稱光電子，光電子

由陰極向陽極運動所形成的電流叫光電流。

光電效應的實驗規律可由實驗曲線圖7－9、7－10、7－11歸納

如下：;2當頻率?不變時，加速電壓V減小，則光電流I也減小；當V=0時，I≠0，證明光電子具有初動能。當加上反向電壓

V=－Vg時，I=0，稱Vg為遏止電壓。。;4·2光電效應實驗規律與經典電磁理論的矛盾

以經典電磁理論解釋，光電效應的實質是光能電子振動能，

而光能與光向量振幅的平方成正比。所以，只要光向量的振幅足夠大，具有足夠的光能，就能給電子提供所需的振動能，也就一定能產生光電效應，而與光的頻率無關。顯然，經典電磁理論的結論是與光電效應實驗規律中的4、5兩點相矛盾的。

此外，按照經典電磁理論推斷，光電效應的延遲時間即能量的積累時間在入射光強不同時應有差異，這又與實驗規律中的第6點不符。在光電效應的解釋上，經典物理學是無能為力的。;

5·1愛因斯坦的光子假設光電效應方程

1905年，愛因斯坦在對普朗克能量量子化假說進行了5年的思考、研究的基礎上，發表了題為《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》的著名論文