第21章--量子光学基础

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物理 量子光学基础

物理  量子光学基础
13
例 2
电视机显象管中的电子加速电压为 9KV,电子枪直径 , 计算: 为 0.1mm 。 计算:电子出枪后的横向速度 ? 解:
1 2 eU = m eυ U = 9 × 10 3 V 2
2 eU 7 = 5 .6 × 10 m / s me
e = 1 . 6 × 10 19 C m e = 9 . 1 × 10 31 Kg
r v e
hν = En EK

1 ν = (En EK ) h
r
Ze
(3)轨道角动量量子化假设 )
约化普朗克常数
h L = mvr= n = nh n = 1, 2 , 3 , L , 2π
1
2. 玻尔的氢原子理论
氢 原 子
rn = n r 1 E1 En = 2 n E = E∞ En
2
1 2 E K = m0υ = eU 2
h 1 . 22 nm = 2 m 0 eU U
P = m0υ = 2 m0 E K = 2 m0 eU
h λ= = p
由晶体衍射的布喇格公式: 由晶体衍射的布喇格公式:
δ = 2d sin = kλ k = 1 ,2 ,3 ,....
U ↑→ λ ↓
衍射光强度极大
x
λ
= A cos 2π (νt
x
λ
) iA sin 2π (νt
x
λ
)
18
实部和虚部各为一波动方程
对一维自由运动的粒子, 和动量P为常量 对一维自由运动的粒子,能量 E和动量 为常量 和动量
E = hν h P = λ
h λ= p E ν= h
对应的物质波 为平面单色波
ψ 一维自由粒子的波函数: 一维自由粒子的波函数: ( x, t ) = ψ 0e

量子力学中的量子光学

量子力学中的量子光学

量子力学中的量子光学引言:量子光学是研究光与物质相互作用时所涉及到的量子效应的一门学科。

它是量子力学和光学的交叉领域,旨在研究和利用光与物质之间微观量子相互作用的基本规律。

本文将对量子光学的基本概念、主要理论模型以及应用领域进行探讨。

一、光的量子性光的量子性是指光在传播过程中表现出的粒子特性。

在经典物理学中,光被认为是一种电磁波,具有波动特性。

然而,根据爱因斯坦提出的光电效应理论以及普朗克的能量量子化假设,我们知道光也具有粒子性。

量子光学的基础是光的量子化,即将光的能量分解成一系列能量量子,每个能量量子被称为光子。

光子是光的基本粒子,具有能量和动量。

根据光的量子化理论,光的能量由光频以及普朗克常量决定。

二、光与物质的相互作用量子光学研究了光与物质之间微观量子相互作用的规律。

在物质中,光与原子、分子等微观粒子发生相互作用,产生吸收、发射、散射等过程。

这些相互作用是由光子与物质之间的相互作用引起的。

1.束缚态系统中的光与物质相互作用束缚态系统是指原子、分子等在某种势场中形成的稳定态。

在束缚态系统中,光与物质的相互作用主要通过能级之间的跃迁来实现。

当光照射到束缚态系统时,光子与物质之间的相互作用将导致能级的改变。

这一过程可通过光的吸收和发射来描述。

2.连续态系统中的光与物质相互作用连续态系统是指大量粒子构成的系统,如固体、液体和气体。

在连续态系统中,光与物质的相互作用主要通过散射过程来实现。

散射过程涉及到光与粒子之间的相互作用,其中包括散射角、散射截面等参数。

三、主要理论模型量子光学研究光与物质的相互作用,其中有几个主要的理论模型。

1.松原方程松原方程是描述光与物质相互作用的基本方程之一。

它是由松原在20世纪40年代提出的,在量子光学中具有重要的地位。

该方程描述了光波通过线性吸收介质传播的行为,其中包括折射、散射和吸收等过程。

2.光与原子相互作用的量子力学模型该模型主要用于描述光与单个原子的相互作用。

量子光学的基础理论与实验研究

量子光学的基础理论与实验研究

量子光学的基础理论与实验研究量子光学是研究光与物质相互作用的一门学科,其基础理论和实验研究对于现代光学和量子物理学的发展起到了重要的推动作用。

量子光学的研究内容涉及到光的粒子性和波动性,以及光与物质之间的相互作用过程。

本文将从量子光学的基础理论和实验研究两个方面进行探讨。

首先,量子光学的基础理论是建立在量子力学的基础上的。

根据量子力学的原理,光可以被看作是由许多个光子组成的,每个光子具有一定的能量和动量。

而光的波动性则可以通过波动方程来描述,即薛定谔方程。

在量子光学中,我们可以通过薛定谔方程来研究光的传播和相互作用过程。

例如,可以利用薛定谔方程来描述光的干涉、衍射和散射等现象。

此外,量子光学还研究了光的量子态和量子测量等问题。

量子光学的基础理论为我们理解光与物质相互作用的机制提供了重要的理论框架。

其次,量子光学的实验研究对于验证理论模型和发展新的应用具有重要的意义。

通过实验研究,我们可以验证理论模型的有效性,并且可以进一步深入探究光与物质相互作用的规律。

例如,通过实验可以观察到光的干涉和衍射现象,验证了波动性的存在。

同时,实验还可以观察到光的量子特性,如光的量子纠缠和量子态的制备等。

此外,量子光学的实验研究还为量子信息和量子计算等领域的发展提供了重要的技术支持。

例如,通过量子光学实验可以实现光的量子纠缠和量子隐形传态等量子信息处理任务。

在量子光学的实验研究中,有一些重要的实验技术和装置被广泛应用。

例如,光的干涉和衍射实验中常用的干涉仪和衍射光栅等装置,可以实现对光的干涉和衍射现象的观察。

此外,光的激光器和光调制器等装置可以实现对光的操控和调制,用于实现光的量子态的制备和控制。

另外,光的单光子探测器和光的量子纠缠装置等技术也被广泛应用于量子光学的实验研究中。

这些实验技术和装置的发展为量子光学的实验研究提供了重要的工具和手段。

总之,量子光学的基础理论和实验研究对于现代光学和量子物理学的发展起到了重要的推动作用。

第21章_量子光学基础

第21章_量子光学基础

例4:以一定频率的单色光照射在某种金属上,测出其 光电流曲线在图中用实线表示。⑴ 保持照射光的强度 不变,增大频率;测出其光电流曲线在图中用虚线表示。 满足题意的图,是_______。
I
o (A) U
I
o (B) U
I
o (C) U
I
o (D) U
⑵ 保持照射光的频率不变,增大强度。测出其光电流曲 线在图中用虚线表示。满足题意的图,是_______。
瑞利—金斯公式
实验曲线和普朗克公式
6 5 4 3 2 1 0
1 2 3
T=2000K
维恩公式
10-14Hz
由经典理论导出的 M (T)~ 公式都与实验曲线不 完全符合!
这正所谓是“ 物理学晴朗天空中的一朵乌云!”
四.普朗克的量子论的诞生 1900年德国物理学家普朗克为了得到与实验曲线相 一致的公式,摒弃了经典物理能量连续概念,提出了 一个与经典物理学概念截然不同的“能量子”假设. 他指出 :辐射物质中存在着带电谐振子,这些谐振 子吸收或辐射的能量是间断的不连续的,辐射“能量子 ”的能量
实验曲线
维恩公式
维恩公式在高频段与实 验曲线符合得很好, 但在低频段明显偏离 实验曲线。
10-14Hz

著名公式之二: 瑞利 —金斯公式
1900年瑞利和金斯从经典电动力学和 统计物理学理论(能量均分)推导得:
2 2 M (T ) 2 kT c k 1.380658 1023 J K 1
I
O U
I
O (B) U
I
O (C) U
I
O (D) U
(A)
例5:关于光电效应有下列说法中正确的是________。 (1)任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生 光 电效应; (2)若入射光的频率均大于一给定金属的红限,则该 金属分别受到不同频率的光照射时,释出的光电子的 最大初动能也不同; (3)若入射光的频率均大于一给定金属的红限,则该 金属分别受到不同频率、强度相等的光照射时,单位 时间释出的光电子数一定相等; (4)若入射光的频率均大于一给定金属的红限,则当 入射光频率不变而强度增大一倍时,该金属的饱和光 电流也增大一倍。

量子光学的理论和技术

量子光学的理论和技术

量子光学的理论和技术量子光学是量子力学在光学领域的应用与发展,其研究对象是光和光与物质相互作用的过程。

量子光学通过量子力学理论描述了光线的本质,即光子。

光子不仅仅是光的粒子性质的象征,还是量子力学体系中物质微观世界的研究对象之一。

本文将介绍量子光学的理论和技术,分别从量子光学的基础、发展历程和应用研究等方面进行探讨。

一、量子光学的基础量子光学的诞生源于量子力学理论,量子力学描述了微观粒子的行为。

光学是一个应用广泛的领域,而在光学中,人们发现现象无法被经典物理学理论解释,这时量子力学引入光的波粒二象性概念解决了这个难题。

按照量子力学的惯例,粒子在该方面的表现是"波浪行为",同时也表现出微粒子的性质。

光子不仅具有波动性而且具有粒子性,因此表现出波粒二象性。

此外,光子还有Spin自旋,反映了光子的角动量,光子还是其自身以及与其他微观物体相互作用的基本元件。

二、量子光学的发展历程量子光学兴起于二十世纪五六十年代,起初主要是为了解决光与物质相互作用的基本问题,随着理论研究的深入,逐渐形成了一整套完整的理论体系。

量子光学的发展经历了两个时期:早期的单光子量子光学和后来的多光子量子光学。

早期单光子量子光学主要研究了光的单个光子的性质,如光的自由度、量子态、纠缠态等内容。

多光子量子光学则是在单光子量子光学的基础上将光场状态拓为多体量子态,探索了光场的统计性态、非经典光和光场的纠缠等问题。

二十一世纪,量子光学在量子通信、量子计算、量子测量等领域发挥出了重要的作用。

三、量子光学的应用研究1. 量子密钥分发(QKD)量子光学最早应用是在量子通信安全领域中,其中最著名的就是量子密钥分发(QKD)。

在传统的公钥加密技术中,信息发送者需要将密钥通过非加密的信道发送至收到者,由于密钥在传输过程中可能会被劫持窃取,从而导致数据泄露。

而QKD则是利用光子的特殊性质,使信息发送方可以在不暴露密钥的情况下将密钥传输给接收方。

量子光学基础

量子光学基础

量子光学基础量子光学是研究光与物质相互作用的量子性质的一门学科。

它的发展源于量子力学的兴起,通过量子力学的理论和方法,揭示了光与物质相互作用的微观机制。

量子光学的研究内容包括光的量子特性、光的经典与量子的转换、光与原子、分子和固体之间的相互作用等。

量子光学的研究对象是光子,光子是光的基本单位,也是光的量子。

光子具有波粒二象性,既可以当作波动来描述,也可以当作粒子来描述。

在量子光学中,我们通常用光的频率和波矢来描述光子的特性。

光的频率决定了光的能量,而波矢则决定了光的动量。

量子光学的一个重要研究内容是光的量子特性。

光的量子特性体现在光的产生、传播和检测过程中。

光的产生过程中,光可以通过光的辐射和受激辐射两种方式产生。

光的辐射是指原子或分子自发地发射出光子,而受激辐射是指原子或分子在外界光的作用下发射出光子。

光的传播过程中,光可以表现出干涉和衍射等波动特性,也可以表现出光子统计的特性,如光的强度和光子数的涨落。

光的检测过程中,我们通常使用光电倍增管等光子探测器来探测光子的存在。

光与原子、分子和固体之间的相互作用是量子光学的另一个重要研究内容。

在光与原子的相互作用中,光可以激发原子中的电子跃迁,产生吸收和发射光的现象。

这些现象可用于原子光谱学的研究,可以帮助我们了解原子的能级结构和原子的性质。

在光与分子的相互作用中,光可以激发分子中的振动和转动,产生拉曼散射和红外吸收等现象。

这些现象可用于分析物质的化学成分和结构。

在光与固体的相互作用中,光可以激发固体中的电子和声子,产生各种电磁和声学效应。

这些效应可用于固体物理学和材料科学的研究。

量子光学的研究不仅在基础科学领域有重要意义,也在应用领域有广泛的应用。

在基础科学领域,量子光学的研究有助于揭示光与物质相互作用的微观机制,深化我们对自然界的认识。

在应用领域,量子光学的研究有助于开发新型光学设备和技术。

例如,量子光学的研究为量子计算、量子通信和量子测量等领域提供了理论基础和实验方法。

量子光学基础

量子光学基础

0
1
2
3
4
λ(m)
结论:一个好的吸收体一定也是一个好的发射体. 结论:一个好的吸收体一定也是一个好的发射体. 二.黑体辐射定律 黑体辐射定律 黑体:能吸收一切外来辐射(即吸收比为 ), 黑体:能吸收一切外来辐射(即吸收比为1), 而无反射的物体. 而无反射的物体. 黑体是最理想的发射体
Mλ (T)
热辐射:由于物体中分子, 热辐射:由于物体中分子,原子受到热激发而发 射电磁波辐射的现象. 射电磁波辐射的现象. 基本性质:温度↑发射的能量↑电磁波的短波成分↑ 基本性质: 温度↑发射的能量↑电磁波的短波成分↑ 例如:加热铁块 例如: 基尔霍夫(Kirchhoff)定律 一.基尔霍夫 基尔霍夫 定律 单色辐出度:从物体单位表面积上发射的,波长介于λ 单色辐出度:从物体单位表面积上发射的, 之间的辐射功率dE 和λ+dλ之间的辐射功率 λ与dλ之比.
θ =0°
θ = 45° θ =90°
θ =135°
λo
λoλ
λo λ
λo
λ
1,在原子量小的物质中,康普顿散射较强,反之较弱. ,在原子量小的物质中,康普顿散射较强,反之较弱. 2,波长的改变量λ-λo随散射角 的增加而增加. , 随散射角θ的增加而增加 的增加而增加. 3,对不同的散射物质,只要在同一个散射角下,波 ,对不同的散射物质,只要在同一个散射角下, 都相同. 长的改变量λ-λo都相同.
Va
0
U
截止电压:光电子刚好不能到达 极时所加的反 截止电压:光电子刚好不能到达A极时所加的反 向电压值 Va .
1 2 mvm = eVa 2
实验二: 实验二: 改变入射光强度和频率
I 1,入射光频率不变,饱 ,入射光频率不变, 和电流 IH 的大小与入射 光的强度成正比. 光的强度成正比. 即:K极逸出的电子数与 极逸出的电子数与 入射光的强度成正比. 入射光的强度成正比 2,入射光的强度不变 , 其频率越高, 时,其频率越高,截 止电压V 越大. 止电压 a越大. 即:光电子初动能与入 射光的强度无关, 射光的强度无关,只与 入射光的频率有关. 入射光的频率有关. 0 I

量子光学原理

量子光学原理

量子光学原理
量子光学原理是研究光和物质相互作用过程的基本原理。

它是基于量子力学和电磁场理论的双重基础之上发展起来的一门科学。

量子光学原理的研究对象包括
各种光学现象,如光的干涉、衍射、偏振等,还包括量子光学效应,如光子的量子涨落、量子纠缠、光子的单光子操控等。

量子光学原理的核心是光与物质相互作用的量子化处理。

在传统的经典光学中,光被视为一种经典波动,物质被视为一种经典粒子。

而在量子光学中,光和物质
都被视为量子粒子,它们之间的相互作用是通过量子力学中的算符来描述的。

这种量子化的处理方式,使得量子光学能够更加准确地描述光的行为和物质的响应,提高了光学技术的精度和灵敏度。

量子光学原理在实际应用中具有广泛的应用前景。

它可以被应用于光通信、光计算、激光技术、光学成像等领域。

例如,通过量子光学原理,可以实现光子的
量子通信和量子计算,这种通信和计算方式比传统的方式更加安全和高效。

同时,量子光学原理也被应用于实现高精度的光学成像,如超分辨成像等。

总之,量子光学原理是一门基础性的科学,它在光学领域中具有重要的地位和作用。

它的发展将会推动光学技术的进步和发展,为人类创造更加美好的未来。

大学物理:第 21 章 量子光学基础分解

大学物理:第 21 章 量子光学基础分解

2π h M 0 ( , T ) 2 h c e kT 1
2
黑体热辐射的理论与实验结果的比较
维恩公式在低频段, 偏离实验曲线! 瑞利—金斯公式在 高频段 ( 紫外区 ) 与 实验明显不符, 短 波极限为无限大— “紫外灾难”!
在全波段与实验结果 惊人符合!
END
§21.2 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
E ( , T ) 入 射 E
吸收
2. 基尔霍夫定律 同一个物体的发射本领和吸收本领有内在 联系,例下图为黑白花盘子的反射和自身 辐射照片
室温下的反射光照片
1100K的自身辐射光照片
图片说明一个好的发射体一定也是好的吸收体。 基尔霍夫定律: 实验发现,在温度一定时物体 在某波长λ处的单色辐出度与单色吸收比的比值 与物体及其物体表面的性质无关,即
M 0 ( , T )
2πc
2
h e
hc kT

5
1
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947) 德 国 物 理学家,量子物理学的开创者 和奠基人, 1918 年诺贝尔物理 学奖金的获得者。
END
§21.3 光的粒子性
一、 光电效应的实验规律
1. 光电效应 光照射在金属及其化合物 的表面上发射电子的现象 称 为 光 电 效 应 (photoelectric effect)。 (1) 实验装置-光电管 在阴极金属表面逸出 的电子称为光电子 (photoelectron), 电路中出现的电流形成 光电流 (photocurrent)
M (T ) T
4
=5.67×10- 8 W/(m2K4)—— Stefen 恒量
2. 维恩位移定律(W. Wien) 黑体辐射中单色辐出度的极值 波长m与黑体温度T 之积为常 数

量子光学 pdf

量子光学 pdf

量子光学量子光学是量子物理学的一个重要分支,主要研究光和物质的相互作用。

其理论框架基于量子力学的基本原理,是描述光子和其他粒子如何相互作用的科学领域。

在量子光学中,光被视为由粒子(光子)组成,这些粒子具有波粒二象性,即同时具有波动和粒子的特性。

量子光学的发展始于20世纪初,随着激光技术的出现和发展,这一领域的研究取得了显著的进展。

激光技术为量子光学提供了实验手段和工具,使得科学家能够更好地研究和理解光的本质和行为。

在量子光学中,许多重要的概念和技术得到了广泛的研究和应用,包括:1、量子态和量子比特:量子态是描述光子和其他粒子的状态,与经典物理中的状态不同。

量子比特是量子计算中的基本单元,类似于经典计算机中的比特。

2、干涉和衍射:在量子光学中,干涉和衍射是描述光子行为的重要现象。

通过这些现象,科学家可以研究和了解光子的波动性质。

3、腔量子电动力学:这一领域研究光子在腔中的行为和相互作用。

腔可以看作是一个包含光子的“盒子”,光子在其中与物质相互作用并产生各种现象。

4、量子隐形传态和量子密钥分发:这些技术基于量子力学的原理,提供了一种安全的通信方式,可用于保护敏感信息不被窃听或干扰。

5、量子计算和量子模拟:利用量子力学的一些特性,如叠加和纠缠,可以加速某些计算任务或模拟复杂系统的行为。

此外,量子光学还在其他领域有着广泛的应用,如量子传感、量子材料、量子化学等。

这些应用涉及到许多不同的技术和方法,如光学腔、非线性光学、超快光学等。

总之,量子光学是一个充满活力和创新的领域,其研究不仅有助于理解光的本质和行为,还可以为未来的技术发展提供新的思路和方法。

虽然这个领域还有很多未解之谜和需要进一步研究的问题,但随着科学技术的不断进步和发展,相信量子光学将会在未来取得更多的突破和创新。

量子光学的基本原理和应用

量子光学的基本原理和应用

量子光学的基本原理和应用据估计,人类已经使用光学方法进行信息传输和存储等任务已经有数千年的时间。

在不断发展的技术环境下,量子光学技术逐渐崛起。

量子光学是一门基于量子力学理论的研究光的性质与行为的学科。

与经典光学不同,量子光学不再将光看作一种经典的电磁波,而是将其看作由许多离散粒子——光子组成的体系。

因此,在量子光学领域中,我们需要制定符合量子力学的规则和方法来描述这种光子体系的运动和相互作用。

一、量子光学的基本原理1. 光子理论光子是一种拥有能量和动量,但没有质量的粒子。

光子的产生是由原子、分子、原子中的电子跃迁、自发发射等过程所引起的。

从电磁学的角度来看,光子是一个电磁波,但其频率是确定的,无论在什么时间和空间位置上都是相同的。

因此,光子存在波粒二象性。

2. 相干性在量子光学中,相干性是指两个光子之间存在着特定的相位关系,因此可以互相干扰。

相干性不仅是光的基本特性之一,也是光学实验的重要基础。

3. 光的量子化光是由许多离散的光子组成的。

每个光子都有一个确定的能量和动量,这个能量和动量是由其频率和波长来决定的。

当光的能量足够大时,它可以将电子从原子中释放出来,这就是光电效应。

在光电效应实验中,实验人员通过改变光子的能量和波长来研究其对电子的影响。

二、量子光学的应用1. 量子计算量子计算是利用量子力学中的“纠缠态”来计算。

这种计算方式可以在一定程度上解决经典计算所遇到的难题,如大规模因式分解和组合优化问题等。

2. 量子通信量子通信是利用量子力学的“纠缠态”来传输信息的方式。

在传统的通信中,数据被转换成数字信号传输。

在量子通信中,信息被转化为光子的“纠缠态”,实现了神秘的“瞬时通信”。

3. 量子密码学量子密码学是利用量子力学的不确定性来保护信息安全的技术。

在传统的密码学中,数据被加密,并通过网络传输。

在量子密码学中,密码被保护在离散的光子“纠缠态”中,这是因为量子状态的观测会导致该状态的破坏。

因此,基于量子力学的密码学是一种非常保密和安全的方式。

优选第二十一量子力学基础

优选第二十一量子力学基础

概率波解释
波函数性质
归一化波函数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ




第四节
19 - 4
薛定谔方程引言

自由粒子薛定谔方程
一维势场薛定谔方程
定态薛定谔方程

稳定势阱
第五节
19 - 5
一维无限深势阱
续上求解
续上求解
续求解
结果分析讨论

第六节
19 - 6
氢原子薛定谔方程
能量量子化
角动量空间取向
全同粒子波函数
泡利不相容原理
徐光宪定则
举例
元素的电子组态
本章部分选例1
选例2
选例3
选例4
选例5
选例6
时空下限
普朗克时间
电子概率分布
径向概率密度
角向概率密度
电子云1
电子云2
电子自旋
自旋量子数
无经典图像
多电子原子的描述
四量子数与壳层
两个原理
举例
简表
元素电子组态表示
下册完
备用资料
势垒
隧道效应
续上
扫描隧道显微镜
金属1
逸 出 电 势 垒 高
续上
塞曼效应
塞曼效应
玻尔磁子
续上
全同粒子
优选第二十一量子力学基础
第一节
引言
德布罗意
德布罗意方程
德布罗意波长

续上
戴-革实验
汤姆孙实验
电子衍射图片
电子及中子衍射图片






要点1
第二节
不确定关系
归纳

量子光学基础优秀课件

量子光学基础优秀课件
量子光学基础
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
1、热辐射
在任何温度下,一切宏观物体都以电磁波的形式 向外辐射能量。对于给定的物体而言,在单位时间内 辐射能量的多少以及辐射能量按波长的分布等都取决
普朗克于1858年4月23日出生于德国基尔 。从小就在音乐、文学及数学等方面显露了 才华,但最终选择了科学。 1877年在柏林 大学获得博士学位,先后在多座大学任教。 1889年接替导师基尔霍夫继任柏林大学科学 讲座教授,直到1926年退休。
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”。
1由维恩位,移 得公 T式 bm24.89901810093 5.9103 K
2MTT4 5.6 71 08(5.91 03)4 6.91 07Wm2
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
与实验符合
维恩公式 (1896年)
短波范围与实验符合,而 在长波范围内不符合
试验,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。
MB
MB(T)15 eh 2πckhT 2c1
维恩位移定律在现代科学技术上具有极广泛的应 用,是测量高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础 。
T m bb 2 .8 9 1 3 m 8 0 K

量子光学基础

量子光学基础

* * *
实验曲线 *
* **ຫໍສະໝຸດ 维恩公式* * *0
1
2
3
4
5
6
/ m
这个公式只是在短波部分与实验结 果符合,而在长波部分与实验不符合。
2、瑞利—琴斯公式
1900年,瑞利和琴斯把分子物理 学中能量按自由度均分原理以及关于 空腔中的驻波定理用于电磁辐射,得 出如下公式:
eB (, T ) c3 T
光的直线传播定律 几何光学 光的独立传播定律 光的折射和反射定律 光学 光的干涉 波动光学 光的衍射 物理光学 光的偏振 量子光学
第18章
量子光学基础
量子概念是 1900 年普朗克首先提 出,距今已有 100 多年的历史. 期间, 经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、 海森堡、薛定谔、狄拉克等许多物理大 师的创新努力,到 20 世纪 30 年代, 就建立了一套完整的量子力学理论。本 章主要讨论光的粒子性。
在平衡热辐射下,任何物体单色辐出 度 e , T 和单色吸收比 ,T 之比,等于 同一温度 T 时的绝对黑体对同一波长的单 色辐出度 eB , T , 即
e( , T ) eB ( , T ) ( , T )
通俗地讲,好的吸收体是好的辐射体.
基尔霍夫定律只适用于平衡热辐射。包 含两层含义: (1)温度相同的甲乙两个物体,对于 某一给定波长的辐射能,以单位时间单 位表面面积计,如果甲发射的比乙多, 则甲吸收的也比乙多。如果一个物体不 能发射某种波长的辐射能,则它也不能 吸收某种波长的辐射能。
E h
h 6.63 10
34
J s 称为普朗克常数。
振子在辐射和吸收能量时,只能 是 h 的整数倍,而从这些状态中的 一个跃迁到其他的一个状态,这就是 能量子假设,或能量量子化假设。

量子物理 第二十一章 光的量子理论

量子物理 第二十一章 光的量子理论

通过晶体C后: c
2 d
P1
ne no
A1
C
ne no
A2o Ao cos A1 cos2 在P2 后振幅为: A2e Ae sin A1 sin 2 A o —max 2k 2 d ne no // c (2k 1) —min
2
——只适于短波
4
3.普朗克的能量子假说和黑体辐射公式 普朗克黑体辐射公式(Planck formula ) 2c 2 h 1 M (T ) 5 e hc kT 1 在全波段与实验 动画 结果惊人符合 普朗克的能量子假说: * 辐射物体中包含大量谐振子的能量是取特定的分立值
* 存在着能量的最小单元:能量子(energy quantum) =h h=6.626075510-34 J· s
一、黑体辐射和普朗克的能量子假说 热辐射(heat radiation)
2
实验表明:一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量。 辐射的能量与温度有关,称之为热辐射。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时 温度恒定不变。 单色辐出度:单位时间、单位表面积上所辐射出的, 单位波长间隔中的能量。
辐射出射度:单位时间、单位表面积上所辐射出的 各种波长电磁波的能量。 对于任意温度、或 吸收能量 波长,绝对黑体的吸 吸收比 ( , T ) 入射总能量 收比都恒为1
1. 黑体辐射( blackbody radiation )
用不透明材料制成一空心容器,壁上开一小孔——黑体
3
(1)黑体: 能100%吸收各种波长电磁波而无反射的物体 优点:不论由什么物质组成在相同温度下, 发出同样的热辐射 (2)黑体辐射:分子的热运动使物体辐射电磁波 实验曲线: * 在同一温度,对各种波长 电磁波的辐射能量不同 ** 温度 发射的能量 电磁波的短波成分 例如:加热铁块

第二十一章量子理论基础

第二十一章量子理论基础

第十六章 光的干涉一、 选择题【C 】1.(基础训练2)如图16—1所示,平行单色光垂直照射到薄膜上,经上下两表面反射的两束光发生干涉,若薄膜的厚度为e,并且 n1 〈 n2 > n 3,则两束反射光在相遇点的相位差为(A ) 2πn 2e /(n1λ1) (B )[4πn 1 ( n 2λ1)] + π(C) [4πn2 ( n 1λ1)] + π (D)4πn 2e /( n1λ1) 解答:根据折射率的大小关系n 1 < n2 〉 n 3,判断,存在半波损失,因此光程差2/2λδ+=e n 2,相位差πλπδλπϕ∆+==en 422。

其中λ为光在真空中的波长,换算成介质1n 中的波长即为11λλn =,所以答案选【C 】。

【D】2。

(基础训练10)在迈克尔孙干涉仪的一支光路中,放入一片折射率为n 的透明介质薄膜后,测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ,则薄膜的厚度是(A) λ/2 (B ) λ/(2n) (C) λ (D) λ/2(1)解答:没有介质的时候光程为2d(空气的折射率为1),玻璃中光程为2,所以光程差22nd d λ∆=-=,所以/2(1)d n λ=- 所以答案选【D 】【A】3.(自测提高3)由两块玻璃片(1 1.75n =)所形成的空气劈型膜,其一端厚度为零,另一端厚度为0。

002,现用波长为700(9110nm m -=)的单色平行光沿入射角为30 角的方向射在膜的上表面,则形成的干涉条纹数为(A) 27 (B) 40 (C ) 56 (D ) 100 解答:222219222952sin 3027001020.002101 1.75sin 302700101.961022e n n k λδ----=-+⨯=⨯⨯-+⨯=⨯=⨯591.96102870010N --⨯==⨯ (明条纹) 考虑到厚度为52.010e -=⨯处表面上形成的明条纹实际上看不出,故应有27条条纹.所以答案选【A 】【A】4. (自测提高6)如图16—2所示,平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置,全部浸入 1.60的液体中,凸透镜可沿'OO 移动,用波长λ=500的单色光垂直入射,从上向下观察,看到中心是一个暗斑,此时凸透镜顶点距平板玻璃的距离最少是(A )156。

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它们在 Z 轴的
电子概率分布
径向概率密度
角向概率密度
轴旋转所得的回旋面来描述。从原点引向回旋面
电子云1
以 Z 为轴的回旋面上的电子云側视图
电子云2
含 Z 轴的剖面上的电子云示意图
电子自旋
1、斯特恩 盖拉赫实验 4年德国物理学家斯特恩和革拉赫
自旋量子数
2、电子自旋概念 恩-革拉赫实验,1925年美籍荷兰物理学家乌仑 (1) (2)
归纳
不确定关系可推广到三维运动情况:
不确定关系式表明: 沿某一方向同时测量粒子的位置坐标和动量时 某确一定具关体系问可题用中来,划分可h 经以典看力成学是与一量个子小力到学被的忽界略限


此,即结电果子表的明波,动性,不会对显象管的正常工作造


拟完
下册完
后续选讲内容
第三节
波函数
自由粒子的波函数
下册完
备用资料
势垒
隧道效应
续上
扫描隧道显微镜
三、扫描隧道显微镜(STM)
金属1
金逸属1 出 电 势 垒 高
金属2
有微弱的电流 (隧道电流金)属从1
金属2
度 和势垒平均高度 分别以nm和eV为单位时 只要改变 0.1 n m(原子直径线度), 就会引
续上
沿 XY 逐行扫描的同时,自控系统
德布罗意
1923年他提出电子既具 1924年正式发表一切物质 1927年被实验证实。他的 1929年诺贝尔物理学奖。
德布罗意方程
微观粒子与光子一样,既具 ,也具有波动性,它们都是波粒二象性粒子,称为
既可用粒子性特征的动量 和能量 来 又可用波动性特征的频率 和波长 来
德布罗意波长
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第21章--量子光学基础第二十一章 量子光学基础一、选择题1、用频率为ν1的单色光照射某一种金属时,测得光电子的最大动能为E K 1;用频率为ν2的单色光照射另一种金属时,测得光电子的最大动能为E K 2.如果E K 1 >E K 2,那么(A) ν1一定大于ν2. (B) ν1一定小于ν2.(C) ν1一定等于ν2. (D) ν1可能大于也可能小于ν2. [ D ]2、用频率为ν1的单色光照射某种金属时,测得饱和电流为I 1,以频率为ν2的单色光照射该金属时,测得饱和电流为I 2,若I 1> I 2,则(A) ν1 >ν2. (B) ν1 <ν2.(C) ν1 =ν2. (D) ν1与ν2的关系还不能确定. [ D ]3、已知某单色光照射到一金属表面产生了光电效应,若此金属的逸出电势是U 0 (使电子从金属逸出需作功eU 0),则此单色光的波长λ 必须满足:(A) λ ≤)/(0eU hc . (B) λ ≥)/(0eU hc .(C) λ ≤)/(0hc eU . (D) λ ≥)/(0hc eU . [ A ]4、已知一单色光照射在钠表面上,测得光电子的最大动能是 1.2 eV ,而钠的红限波长是5400Å,那么入射光的波长是(A) 5350 Å. (B) 5000 Å.(C) 4350 Å. (D) 3550Å. [ D ]5、在均匀磁场B 内放置一极薄的金属片,其红限波长为λ0.今用单色光照射,发现有电子放出,有些放出的电子(质量为m ,电荷的绝对值为e )在垂直于磁场的平面内作半径为R 的圆周运动,那末此照射光光子的能量是:(A) 0λhc . (B) 0λhc m eRB 2)(2+ . (C) 0λhc m eRB +. (D)0λhc eRB 2+. [ B ]6、一定频率的单色光照射在某种金属上,测出其光电流的曲线如图中实线所示.然后在光强度不变的条件下增大照射光的频率,测出其光电流的曲线如图中虚线所示.满足题意的图是:[ D ]O I U O I U O I U O I U7、用频率为ν 的单色光照射某种金属时,逸出光电子的最大动能为E K;若改用频率为2ν 的单色光照射此种金属时,则逸出光电子的最大动能为:(A) 2 E K.. (B)2hν - E K.(C) hν -E K.(D) hν +E K.[ D ]8、关于光电效应有下列说法:(1) 任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生光电效应;(2) 若入射光的频率均大于一给定金属的红限,则该金属分别受到不同频率的光照射时,释出的光电子的最大初动能也不同;(3) 若入射光的频率均大于一给定金属的红限,则该金属分别受到不同频率、强度相等的光照射时,单位时间释出的光电子数一定相等;(4) 若入射光的频率均大于一给定金属的红限,则当入射光频率不变而强度增大一倍时,该金属的饱和光电流也增大一倍.其中正确的是(A) (1),(2),(3).(B) (2),(3),(4).(C) (2),(3).(D) (2),(4).[ D ]9、设用频率为ν1和ν2的两种单色光,先后照射同一种金属均能产生光电效应.已知金属的红限频率为ν0,测得两次照射时的遏止电压|U a2| =2|U a1|,则这两种单色光的频率有如下关系:(A) ν2 = ν1 -ν0.(B) ν2 = ν1 +ν0.(C) ν2= 2ν1 -ν0.(D) ν2= ν1 -2ν0.[ C ]10、在康普顿散射中,如果设反冲电子的速度为光速的60%,则因散射使电子获得的能量是其静止能量的(A) 2倍.(B) 1.5倍.(C) 0.5倍.(D) 0.25倍.[ D ]11、当照射光的波长从4000 Å变到3000 Å时,对同一金属,在光电效应实验中测得的遏止电压将:(A) 减小0.56 V.(B) 减小0.34 V.(C) 增大0.165 V.(D) 增大1.035 V.[ D ](普朗克常量h =6.63×10-34 J·s,基本电荷e =1.60×10-19 C)12、保持光电管上电势差不变,若入射的单色光光强增大,则从阴极逸出的光电子的最大初动能E0和飞到阳极的电子的最大动能E K的变化分别是(A) E0增大,E K增大.(B) E0不变,E K变小.(C) E0增大,E K不变.(D) E0不变,E K不变.[ D ]13、光子能量为0.5 MeV的X射线,入射到某种物质上而发生康普顿散射.若反冲电子的能量为0.1 MeV,则散射光波长的改变量∆λ与入射光波长λ0之比值为(A) 0.20.(B) 0.25.(C)0.30.(D) 0.35.[ B ]14、用强度为I ,波长为λ 的X 射线(伦琴射线)分别照射锂(Z = 3)和铁(Z = 26).若在同一散射角下测得康普顿散射的X 射线波长分别为λLi 和λFe(λLi ,λFe >λ),它们对应的强度分别为I Li 和I Fe ,则(A) λLi >λFe ,I Li < I Fe (B) λLi =λFe ,I Li = I Fe(C) λLi =λFe ,I Li .>I Fe (D) λLi <λFe ,I Li .>I Fe [ C ]15、以下一些材料的逸出功为 铍 3.9 eV 钯 5.0eV 铯 1.9 eV 钨 4.5 eV 今要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014Hz —7.5×1014 Hz)下工作的光电管,在这些材料中应选(A) 钨. (B) 钯. (C)铯. (D) 铍. [ C ]16、某金属产生光电效应的红限波长为λ0,今以波长为λ (λ <λ0)的单色光照射该金属,金属释放出的电子(质量为m e )的动量大小为(A) λ/h . (B) 0/λh .(C) λλλλ00)(2+hc m e (D) 02λhc m e(E) λλλλ00)(2-hc m e[ E ]17、光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程.对此,在以下几种理解中,正确的是(A) 两种效应中电子与光子两者组成的系统都服从动量守恒定律和能量守恒定律.(B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程.(C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程.(D) 光电效应是吸收光子的过程,而康普顿效应则相当于光子和电子的弹性碰撞过程.(E) 康普顿效应是吸收光子的过程,而光电效应则相当于光子和电子的弹性碰撞过程.[ D ]18、用X射线照射物质时,可以观察到康普顿效应,即在偏离入射光的各个方向上观察到散射光,这种散射光中(A) 只包含有与入射光波长相同的成分.(B) 既有与入射光波长相同的成分,也有波长变长的成分,波长的变化只与散射方向有关,与散射物质无关.(C) 既有与入射光相同的成分,也有波长变长的成分和波长变短的成分,波长的变化既与散射方向有关,也与散射物质有关.(D) 只包含着波长变长的成分,其波长的变化只与散射物质有关与散射方向无关. [ B ]19、已知用光照的办法将氢原子基态的电子电离,可用的最长波长的光是 913 Å的紫外光,那么氢原子从各受激态跃迁至基态的赖曼系光谱的波长可表示为:(A) 11913+-=n n λ Å. (B) 11913-+=n n λ Å. (C) 1191322-+=n n λ Å. (D) 191322-=n n λÅ. [ D ]20、要使处于基态的氢原子受激发后能发射赖曼系(由激发态跃迁到基态发射的各谱线组成的谱线系)的最长波长的谱线,至少应向基态氢原子提供的能量是(A) 1.5 eV . (B) 3.4 eV .(C) 10.2 eV . (D) 13.6eV . [ C ]21、根据玻尔的理论,氢原子在n =5轨道上的动量矩与在第一激发态的轨道动量矩之比为(A) 5/4. (B) 5/3.(C) 5/2. (D)5. [ C ]22、氢原子光谱的巴耳末线系中谱线最小波长与最大波长之比为(A) 7/9. (B) 5/9.(C) 4/9.(D) 2/9.[ B ]23、由氢原子理论知,当大量氢原子处于n=3的激发态时,原子跃迁将发出:(A) 一种波长的光.(B) 两种波长的光.(C) 三种波长的光.(D) 连续光谱.[ C ]24、根据玻尔理论,氢原子中的电子在n=4的轨道上运动的动能与在基态的轨道上运动的动能之比为(A) 1/4.(B) 1/8.(C) 1/16.(D) 1/32.[ C ]25、根据玻尔氢原子理论,氢原子中的电子在第一和第三轨道上运动时速度大小之比v1/ v 3是(A) 1/9.(B) 1/3.(C) 3.(D) 9.[ C ]26、假定氢原子原是静止的,则氢原子从n 3 的激发状态直接通过辐射跃迁到基态时的反冲速度大约是(A) 4 m/s.(B) 10 m/s .(C) 100 m/s .(D) 400 m/s .[ A ](氢原子的质量m =1.67×10-27 kg)27、氢原子光谱的巴耳末系中波长最大的谱线用λ1表示,其次波长用λ2表示,则它们的比值λ1/λ2为:(A) 20/27.(B) 9/8.(C) 27/20.(D) 16/9.[ C ]28、按照玻尔理论,电子绕核作圆周运动时,电子的动量矩L的可能值为(A) 任意值.(B) nh,n = 1,2,3,…(C) 2πnh,n= 1,2,3,…(D) nh/(2π),n = 1,2,3,…[ D ]29、具有下列哪一能量的光子,能被处在n= 2的能级的氢原子吸收?(A) 1.51 eV.(B) 1.89 eV.(C) 2.16 eV.(D) 2.40 eV.[ B ]30、若用里德伯常量R表示氢原子光谱的最短波长,则可写成(A) λmin =1 / R.(B) λmin =2 / R.(C) λmin=3 / R.(D) λmin=4 / R.[ A ]31、已知氢原子从基态激发到某一定态所需能量为10.19 eV,当氢原子从能量为-0.85 eV的状态跃迁到上述定态时,所发射的光子的能量为(A) 2.56 eV.(B) 3.41 eV.(C) 4.25 eV.(D) 9.95 eV.[ A ]32、要使处于基态的氢原子受激后可辐射出可见光谱线,最少应供给氢原子的能量为(A) 12.09 eV.(B) 10.20 eV.(C) 1.89 eV.(D) 1.51 eV.[ A ]33、在气体放电管中,用能量为12.1 eV的电子去轰击处于基态的氢原子,此时氢原子所能发射的光子的能量只能是(A) 12.1 eV.(B)10.2 eV.(C) 12.1 eV,10.2 eV和1.9 eV.(D)12.1 eV,10.2 eV和3.4 eV.[ C ]34、在激光器中利用光学谐振腔(A) 可提高激光束的方向性,而不能提高激光束的单色性.(B) 可提高激光束的单色性,而不能提高激光束的方向性.(C) 可同时提高激光束的方向性和单色性.(D) 既不能提高激光束的方向性也不能提高其单色性.[ C ]35、按照原子的量子理论,原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光,它们所产生的光的特点是:(A) 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的,原子受激辐射的光与入射光是不相干的.(B) 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的,原子受激辐射的光与入射光是相干的.(C) 两个原子自发辐射的同频率的光是不相干的,原子受激辐射的光与入射光是不相干的.(D) 两个原子自发辐射的同频率的光是相干的,原子受激辐射的光与入射光是相干的.[ B ]36、激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性?(A) 亮度高.(B) 方向性好.(C) 相干性好.(D) 抗电磁干扰能力强.[ C ]二、填空题1、某光电管阴极, 对于λ = 4910 Å的入射光,其发射光电子的遏止电压为0.71 V.当入射光的波长为__________________×103Å时,其遏止电压变为1.43 V.( e =1.60×10-19 C,h =6.63×10-34 J·s )答案:3.825、当波长为3000 Å的光照射在某金属表面时,光电子的能量范围从0到 4.0×10-19 J.在作上述光电效应实验时遏止电压为|U a| =_______V。

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