中南大学大物课件光的量子性与激光文稿演示

例：数一为频K率=为3.0=N0/m.5H的Z谐，振振子辐：为A=10cm，F劲度系
求：量子数n;
X
若n改变一个单位，系统能量改变的百分比
E1K2A 1.51 0 2(J) Enh
若能量变2 化，一次减少一个能量子，一个能量子能量：
h3 .3 1 3 0(4 J)
nh E3 1 ..3 5 1 1 0 0 3 244 513 00
普朗克自已也想以某种方式来消除 En nh
这一关系式。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
M(T) 0Md
由实验及理论都可以得到 斯忒藩—玻尔兹曼定律
M(T)T4
5 .6 1 7 8 W 0 m 2 K 4
斯忒藩常数
2 、 维恩（Wien)位移定律
M (T) 最大值所对应的波长为 m 峰值波长
维恩位移定律:
M (T )
mTb
b2 .8 9 1 3 0 m K
m
λ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度升高 时，单色辐出度最大值向短波方向移动。
不连续变化的比率：
E n En
3 1..3 5 1 10 0 3242.210 32
若每相差一能量子画一直线 n45 10 30
E 1.5102(J)
由此可见可以把经典物理看成
宏观看 是量子物理在量子数很大时的特 是连续的 殊情况（只有n很小时，能量的不
连续才显得很明显）
对应原理：量子论对一个系统的描述，当量子数 非常大时，即与经典物理的描述一致。 （1929年波尔提出）
M (T)dM d
辐射出射度(辐出度)
单位时间物体单位表面积发射的各种波长的总辐射能
M(T) 0Md
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
λ
0 1 2 3 4 5 6 (nm)
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
λ
0 1 2 3 4 5 6 (nm)
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
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”。
事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，普朗克也成为 了量子力学的开山鼻祖，1918年因此而获得诺贝尔奖。
振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁 到另一个状态。
在能量子假说基础上，普朗克得到了黑体辐射公式：
难
瑞利--金斯
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(nm)
M (T )
实验值
紫 外 灾
难
维恩
瑞利--金斯
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(nm)
2.普朗克量子假说
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式 M (T ) ？
能量子假说(1)组成黑体壁的分子、原子可看作是 带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。 (2)这些谐振子只能处于某种特殊的能量状态，它
结论:单位时间内电极上逸出的光电子数和入射光 光强成正比 .
当反向电压加至U a 时光电流为零，称 U a 为遏止电压。
2 . 光电子初动能和入射光频率的关系
遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：
12m2eU a (1)
实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：
Ua
o
νo ν
U0
遏止电压与入射光频率的实验曲线
维恩(Wien)经验公式
M (T)c1 e 5 c2T
瑞利(Rayleigh)--金斯(Jeans)经验公式
M(T)c34T
M (T )
实验值
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(nm)
M (T )
实验值
维恩
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(nm)
M (T )
实验值
紫 外 灾
的能量取值只能为某一最小能量 （称为能量子）
的整数倍，即：
,2,3,,n （n为正整数）
对于频率为 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
注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并受到当时许多 人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗---洛仑兹。乃至当时
M (T )
λ
0 1 2 3 4 5 6 (nm)
绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线
M (T )
λ
0 1 2 3 4 5 6 (nm)
二、 斯忒藩（Stefan)——玻尔兹曼定律 维恩（Wien)位移定律
1 、斯忒藩（Stefan)——玻尔兹曼定律 每条曲线下的面积等于绝对黑体在一定温度下 的辐射出射度
事实上，第一个认识到普朗克假说的伟大意义 的是爱因斯坦。
14-2 光电效应 光的波粒二象性
一、光电效应的实验规律
光电效应实验装置
光电效应伏安特性曲线
m
AK
OO
OO
OO
G
V
I
饱
遏 止 电
和
电I s
流
压
光强较强 光强较弱
B
Ua O
U
OO
1. 光电流与入射光光强的关系
实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。
M(T)2c25
1
hc
ekT1
c ——光速 k ——玻尔兹曼恒量 e ——自然对数的底
这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。
M (T )
实验值
普朗克
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(nm)
1918诺贝尔物理学奖
M.V.普朗克 研究辐射的量子 理论，发现基本 量子，提出能量 量子化的假设
中南大学大物课件光的量子性与激光文稿演示
优选中南大学大物课件光的量 子性与激光
黑体 如果一个物体能全部吸收投射在它上面的 辐射而无反射，这种物体称为黑体。 黑体模型
实例 ?
如远处不点灯的建筑物 若室内点灯
单色辐出度 单位时间内,从物体表面单位面积上发出的， 波长在λ附近单位波长间隔内的辐射能.
例 假设太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳 表面单色辐出度的最大值所对应的波长为465nm。 试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率
解：
mT b
T b 6323k m
M T 4 8 .5 5 17 2 W 0m 2
三 、 普朗克的量子假说 普郎克公式
1.经典理论的困难
问题：如何从理论上找到符合实验的函数式 M (T ) ？
U a U 0 (2 )
Uo 和金属有关的恒量 k 和金属无关的普适恒量
12m2eU a (1) U a U 0 (2 )