【学习课件】第21章量子光学基础

③任何一种物质不仅能发射热辐射，同时还能吸收热 辐射，两者同时进行。
④吸收本领强的物质发射p本pt课领件 也强。
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红外照相机拍摄的人的头部的热图
热的地方显白色，冷的地方显黑色
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2. 黑体： 能完全吸收各种波长电磁波而无反射的物体，
黑体是理想化模型，
即使是煤黑、黑珐琅对太阳光的吸收 也小于 99%。
•1904年诺贝尔物 理学奖获得者 —瑞
M／(10-9W/(m2. HZ)
实验曲线
6
5
4 3
瑞利--金斯公式
2
利 •英国人1842-
该公式1在91低9 频段与实 验曲线符合得很好。
但在高频段不符。
1 0
时M ， ，
1 2 3 10-14Hz ppt课件
“紫外灾难”！ 9
M／(10-9W/(m2. HZ)
迈克尔逊干涉仪实验 黑体辐射实验
相对论诞生 量子理论诞生
量子概念是 1900 年普朗克首先提出的，距今已 有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德 布罗意、玻恩、海森伯、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.
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§21-2. 普朗克的能量子假说
1.实验装置 产生的电子称为“光电子”。 光电子在电场作用下形成光电流。
A V
2.实验规律
红限频率（截止） 0
仅当 >0 时才发生光电效应，截止频率与材料有
关与光强无关 .
几种纯
金属的截 止频率
金属 铯 钠 截止频率
0 /1014Hz 4.54pp5t课件 5.50
锌 铱铂
8.065 11.53 191.329
U0
0I 光强度大源自瑞利—金斯公式实验曲线和普朗克公式
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5
T=2000K
4
3
维恩公式
2
1
0
12 3
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!”
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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.
一、热辐射 -----热能传递的重要方式之一。 一个具有一定温度的物体，受热就会发光，热量
（或热能）会向四面八方发射----辐射。温度越高辐 射能量越多，称为热辐射。
1.热辐射的特点
①热辐射的实质是电磁辐射
②温度不同时,辐射的波长（或频率）也不同。 低温物体发出的是红外光，炽热物体发出
的是可见光，极高温物体发出的是紫外光。
遏止电压U0: 加反向电压，当电压 达到某一值 U0 时，光电流恰为 0。 U0叫遏e止U0电E 压kmax12mm 2vax
遏止电压与入射光频率具有线性 关系.与光强无关。
光电子的最大初动能随入射光频率 的增加而线性增大，与光强无关。
光电流与光强的关系
一定时，电流饱和值 I s 与
入射光的强度成正比
然而在人类即将跨入20世纪的时候，却发现了某些无 法用经典理论解释的实验现象 ：M－M实验“零结果”
热辐射“紫外灾难”。
1900年，Kelvin在新千年的祝词中把此称为是晴朗的 物理学天空中出现的“两朵乌云”。这些矛盾迫使人们
跳出传统的物理学框架，去ppt寻课件找新的解决途径。 2
人类跨入20世纪的时候，物理学也开始了新的纪 元——从经典物理走向了近代物理。
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验曲线符合得很好，
3
维恩公式
2
但在低频段明显偏离
1 0
实验曲线。
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▲ 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) c2 kT k1 .380 16 2 0J 3 5 K 8 1
维恩设计的黑体 —— 小孔空腔
电磁波射入小孔后，很难再从 小孔中射出。
3.热辐射的描述方法 ①单色辐出度 M ：描写物体辐射本领的物理量。
单位时间内，从物体单位表面发出的频率在
附近单位频率间隔内的电磁波的能量。
②辐出度 M(T )
温度 T 时单位时间内、单位面积 整个频率范围内的辐射出能ppt课量件。
M(T)M(T)d
0
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二. 黑体辐射谱（M～ 关系）的规律
1.黑体辐射测量的实验装置
s L 1 平行光管
T
L 2 会聚透镜 热电偶
测M (T)
c
黑体
棱镜
2. 黑体辐射谱的实验规律
M (T )
不同温度下的黑体辐
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曲线如图
19世纪末，许多物理
6000K
学家欲从理论上导出 黑
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3000K
体的单色辐射出度 M 和
第 21 章 量 子 光学基础
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§21-1 引 言
十九世纪末，经典物理已发展得相当成熟，人们认 为，对物理现象本质的认识已经完成。海王星的发现 和电磁理论对波动光学的成功解释，更使人感到经典 物理似乎可以解决所有问题.。当时很多物理学家都认 为 ：物理学的大厦已基本建成，后辈物理学家只要做 些修补工作就行了。
υ的关系式。
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三. 经典物理学遇到的困难 ▲ 著名公式之一：维恩公式
1896年维恩从热力学理论及实验数
据的分析得:
M (T)3e/T
•1911年诺贝尔物 理学奖获得者—维
， 为常量
恩
M／(10-9W/(m2. HZ)
•德国人1864-1928
实验曲线
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热辐射定律的发现
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维恩公式在高频段与实
▲ 量子论是不附属于经典物理的全新的理论，它的发展 在此后又经过了十几年的曲折和反复。 ▲ 1918年Planck 60岁时获得了诺贝尔物理奖。
•普朗克 •德国人 (1858 - 1947) •发现能量子
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21-3 爱因斯坦的光量子假说------ 光电效应
一 光电效应实验的规律
光电效应：光照射某些金属时， 能从表面释放出电子的效应。
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 E n nh (n 1 、 2 、 3 )
普朗克由此导出了的辐射公式
M(T)2c2heh/k3T1 ——普朗克公式
该公式在全波段与实验结ppt果课件惊人地符合！
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▲ 1900.12.14. Planck把“关于正常谱中能量分布的理 论”的论交到了德国自然科学会，这一天后来被定为 “量子论的诞生日”。 ▲ 普朗克公式的得出，是理论和实验结合的典范。