光的量子性课件.pptVIP

光的量子性相對論——測定光速量子論——黑體輻射、光電現象光學發展：微粒說波動說波粒二象性二十世紀物理學的重大革命，起始於一些當時無法解釋的光學現象。7.1光速的測定光的相速度和群速度一、光速測定光速測定歷史：1849斐索齒輪法1941安德孫克爾盒1926邁克耳孫旋轉棱鏡法1851傅科旋轉鏡法1970美國國家標準局c=??=(299792.458?0.001)km/s1983光速作為常量二、光的相速度和群速度相速度——嚴格的單色波所特有的波傳播速度。群速度——非嚴格的單色波的波群的振幅向前傳播速度。真空中，u=?觀察到的是能量傳播，即振幅向前傳播速度——群速7.2經典輻射定律一、熱輻射、基爾霍夫定律輻射種類：化學發光、光致發光、場致發光、陰極發光、熱輻射1.幾個物理量單色輻射出射度——物體表面單位面積在單位頻率間隔內輻射的功率。輻射出射度——物體表面單位面積輻射的功率。（幅出度）吸收比dW表示照射到溫度為T的物體的單位面積上、頻率在???+d?範圍內的輻射能，。dW‘表示溫度為T的物體單位面積所吸收的頻率在???+d?範圍內的輻射能。2.基爾霍夫定律普適函數與材料無關與材料有關。一、熱輻射、基爾霍夫定律二、黑體黑體——在任何溫度狀態下、全部吸收任何波長的電磁波。∴基爾霍夫定律普適常數就是黑體的單色幅出度。由黑體同樣溫度下，黑體的輻射最大絕對黑體不存在，黑體模型曲線圖（如右圖）T=6000kT=5000kT=3000k可見光黑體是否一定是黑的？黑色物體是否就是黑體？（1）斯特藩——玻爾茲曼定律斯特藩—玻爾茲曼常數?=5.67032?10-8w/(m2K4)（2）維恩位移定律黑體的幅出度b=2.8978?10-3m·K三、黑體的經典輻射定律及其困難1.兩個實驗定律有一極大值，所對應的波長：隨著溫度的升高，極值波長向短波方向移動2.經典輻射定律及其局限性維恩公式（熱力學）瑞利——金斯定律（能量均分定理）k=1.38?10-38J/K紫外災難三、黑體的經典輻射定律及其困難玻爾茲曼常數維恩線瑞利——金斯線7.3普朗克輻射公式能量子一、能量子1900年，普朗克提出一個假設：（實用主義解釋實驗，但由此步入量子化，有質的飛躍。）h=6.626176?10-34J·s——普朗克常數E0?2E0吸收外來輻射2E0?E0輻射能量輻射體由各種振動頻率的諧振子組成，輻射能量連續。?——諧振子振動頻率3.諧振子從一個能量狀態到另一個能量狀態2.每個諧振子能量不連續變化，只能處於某些分立的能量狀態。最小的能量單位E0即為能量子。E0，2E0，3E0，…每個振子平均能量為：普朗克黑體輻射公式為：由普朗克假設，並根據玻耳茲曼分佈振子處在溫度T、能量E=nE0狀態的概率?二、普朗克公式二、普朗克公式結果：1.與實驗曲線完全相符合2.短波時，?小?相當於維恩公式長波時，?大?相當於瑞利——金斯公式3.計算常數?與實驗定律一致求極值?係數b與實驗定律一致反之，從實驗測?和b，由普朗克公式推得h和k，其值與其它實驗結果一樣，說明普朗克公式有其正確方面。實現從經典?量子的過渡。7.4光電效應一、光電效應的實驗規律光電效應——電子在光的作用下從金屬表面發射出來的現象逸出來的電子稱為光電子實驗裝置VIVgImI-V的實驗曲線普朗克：振子輻射能量量子化，但輻射場是連續的電磁波1905年愛因斯坦對光電效應研究?電磁場以量子的形式存在GV從實驗中得到光電效應的規律：1.飽和電流Im?入射光強I。2.遏止電壓Vg與入射光頻率有關，與I。無關。3.入射光頻率??0（某一頻率），無論照射多長時間，無光電流產生。4.只要??0，不管I。多弱，一照上去，就有光電流產生。一、光電效應的實驗規律VIVgIm光電子的最大初動能=eVg可見，電子的最大動能：1.照射光愈強，逸出表面的電子數多，當電壓足夠大時，全部電子到達陽極，所以飽和電流Im?入射光強I。二、光電效應與波動理論的矛盾w：逸出功(自由電子脫出金屬表面所需能量）用波動理論解釋光電效應:w?:自由電子運動到金屬表面的能量電子從光波獲得的能量二、光電效應與波動理論的矛盾2.照射的光強，接受的能量愈多，Vg應與光強