光的粒子性PPT课件

斯特藩（Stefan)——玻尔兹曼定律 由实验得到斯特藩—玻尔兹曼定律
MB(T)T4
5 .6 1 7 8 W 0 m 2 K 4 斯特藩常数
黑体的单色辐出度与温度的四次方成正比
维恩（Wien)位移定律
mTb
b2 .8 9 1 3 0 m K 维恩常数
当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波
波能量
辐出度M（T）指在温度为T时单位时间从物体表面单 位面积辐射出的各种波长的总能量.
M(,T)dM(T) d
M(T) dM (T) M(,T)d
0
(,T) 单色吸收 (比 ,T) 单色反射
基尔霍夫定律－在热平衡条件下，任何物体的单色
辐出度M（λ，T）与吸收比α（λ，T）的比值，是
一个与物体性质无关而只与物体的温度和辐射波长
对于频率为γ的谐振子最小能量为 h
h 称为普朗克常数，正整数 n 称为量子数。
h 6 .6 3 1 3 0 -- J 4s
21
在能量子假说基础上，普朗克得到了黑体辐射公式：
MB(,T)2c25
1
hc
ek T1
c ——光速
k ——玻尔兹曼常数 h ——普朗克常数
这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。
0
1
2
3 4 --
5
6 (μm7)
绝对黑体的单色辐出度与波长、温度的关系 MB(,T)
λ
0
1
2
3 4 --
5
6 (μm8)
绝对黑体的单色辐出度与波长、温度的关系 MB(,T)
λ
0
1
2
3 4 --
5
6 (μm9)
绝对黑体的单色辐出度与波长、温度的关系 MB(,T)
λ
0
1
2
3 4 --
5
6 (μm10)
辐射－物体以电磁波形式向外发射能量
物体在任何温度下都向外辐射电磁波
热辐射－由物体温度决定的电磁辐射
温度发射的能量电磁波的短波成分
平衡热辐射 相等
发射电磁辐射能量
吸收电磁辐射能量
物体具有稳定温度
辐出度 单色辐出度
--
4
单色辐出度M（λ，T）是指单位时间内从物体的单位
面积上所辐射出的波长在附近单位波长间隔的电磁
§13.1 黑体辐射 1. 热辐射现象
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长 的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发 而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的 特征仅与温度有关。
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
1400K
11-1 黑体辐射 普朗克能量子假说
一、黑体辐射
维恩(Wien)经验公式
M B(,T)c15ec2T
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e0(,T)
实验值
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
--
15
e0(,T)
实验值
维恩
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
--
16
e0(,T)
实验值
紫 外 灾
难
瑞利--金斯
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
有关的普适函数
--
5
绝对黑体－如果一个物体能全部吸收入射在它上面的 辐射而无反射（吸收比为1），这种物体黑体。
模型: (1)白天看远处的窗户— 接近黑体； (2)空腔(不透明, 开小孔—能完全吸收 各种波长的入射电磁波)。
绝对黑体模型 --
6
绝对黑体的单色辐出度与波长、温度的关系 MB(,T)
λ
2.基尔霍夫定律:
平衡热辐射:
M (T ) (T )
Mo(T)
3.黑体辐射的实验规律: (1)斯特藩 — 玻耳兹曼定律:
1879年,斯特藩从实验观察到: 1884年,玻耳兹曼用热力学理论推出：
M(T)=T 4
(2)维思位移定律:
m
b T
o m
应用：“规律”是测高温、遥感和红-- 外追踪等的物理基础。 2
第十一章
光的粒子性
第一节 热辐射 第二节 光电效应 第三节 康普顿效应 第四节 光的波粒二象性
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1
(3)单色吸收比 (T) 单色反射比 (T)
(4)黑体 —在任何温度下,能完全吸收各 种波长电磁波而无反射的物体。
(T) 1，
(T)0
模型: (1)白天看远处的窗户— 接近黑体；
(2)空腔(不透明, 开小孔—能完全吸收 各种波长的入射电磁波)。
正是这一理论导致了量子力学的诞生,普朗克成为量子力学 的开山鼻祖, 因此,获得1918年诺贝尔奖。
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2 普朗克量子假说
能量子假说：辐射物质中带电谐振子的能量不是连 续变化，频率为γ的振子的能量只能取一些分立值 ，因此物体发射和吸收的辐射能只能是hγ（称为 能量子）的整数的整数倍，即：
,2,3,,n （n为正整数）
方向移动。
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利用红外线检测人体的健康状态，本图片是
人体的背部热图，透过图片可以根据不同颜色
判断病变区域．
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12
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二 普朗克能量子假说
1 经典物理学遇到的困难
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式 MB(,T) ？
瑞利(Rayleigh)--金斯(Jeans)经验公式
MB(,T)2c4kT
子和分子吸收或辐射电磁波的能量可以任意的概念,提出能
量的吸收与辐射只能按不连续的一份一份能量进行。
普朗克量子假设：
1. 黑体由带电谐振子组成; 2.谐振子的能量只能取分立值：
能量子: h
h6.6 3 13 0J 4s
谐振子的能量只能是能量子的整数倍:
En nh n1、 2、 3 量子数, 为谐振子频率
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e0(,T)
实验值
普朗克
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
物体只能以 h 为能量单位-- 发射或吸收电磁波。
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普朗克这一思想完全背离经典物理,受到当时许多人的怀疑 和反对,包括当时的物理学泰斗---洛仑兹。乃至当时普朗克自
已也想以某种方式来消除 nh,它写道：
“我试图将h纳入经典理论的范围, 但一切这样的尝试都 失败了,这个量非常顽固”.
后来他又说: “在好几年内我花费了很大的劳动, 徒劳地去 尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。我的一些同事把 这看成是悲剧。但我有自已的看法, 因为我从这种深入剖析 中获得了极大的好处, 起初我只是倾向于认为, 而现在是确切 地知道作用量子将在物理中发挥出巨大作用”。
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e0(,T)
实验值
紫 外 灾
难
维恩
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瑞利--金斯
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
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四 普朗克量子假说 普朗克公式
1900年,德国理论物理学家普朗克找到一个经验公式
普朗克公式:
M o(T)2c2h5eh/1 kT 1
与实验相 当符合!
为了从理论上得出这个公式,普朗克大胆放弃了黑体中的原