第23章量子光学基础.pptx
《第23章量子光学基础.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第23章量子光学基础.pptx(64页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础本章主要讲解五个方面问题:本章主要讲解五个方面问题:1 1)黑体辐射的实验规律)黑体辐射的实验规律2 2)普朗克能量子假设)普朗克能量子假设3 3)光电效应与爱因斯坦光子理论)光电效应与爱因斯坦光子理论4 4)康普顿效应)康普顿效应5 5)光的波粒二象性)光的波粒二象性第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础黑体辐射的实验规律黑体辐射的实验规律1 1、热辐射、热辐射 在任何温度下,一切宏观物体都以电磁波的形式在任何温度下,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,在单位时间内向外辐射能量。对于给定的物体而言
2、,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辐射能量的多少以及辐射能量按波长的分布等都取决于物体的温度,因此,这种辐射就称之为于物体的温度,因此,这种辐射就称之为热辐射热辐射,或,或者称为者称为温度辐射温度辐射。另外,一切物体在向外界发射辐射。另外,一切物体在向外界发射辐射能的同时也吸收周围物体发出的辐射能。能的同时也吸收周围物体发出的辐射能。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 以白炽灯为例,灯丝通以电流后,当温度以白炽灯为例,灯丝通以电流后,当温度 T 800 K时,灯丝微微发红,继续升时,灯丝微微发红,继续升高温度,灯丝由暗红变橙黄,再变白,当温度极高时
3、,高温度,灯丝由暗红变橙黄,再变白,当温度极高时,灯丝呈青白色,即达到所谓的灯丝呈青白色,即达到所谓的“白炽化白炽化”,同时我们,同时我们感到灯丝灼热逼人。以上事例说明:感到灯丝灼热逼人。以上事例说明:温度升高,辐射的总能量增加。温度升高,辐射的总能量增加。温度升高,辐射的总能量增加。温度升高,辐射的总能量增加。温度升高,辐射能量更多地向短波部分分布。温度升高,辐射能量更多地向短波部分分布。温度升高,辐射能量更多地向短波部分分布。温度升高,辐射能量更多地向短波部分分布。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础2 2、单色辐出度(旧称:单色发射本领)、单色辐出度(旧称:单色发射本领
4、)辐射出射度(旧称:发射本领)辐射出射度(旧称:发射本领)【单色辐出度单色辐出度单色辐出度单色辐出度】在一定温度下,物体在在一定温度下,物体在单位时间内,单位时间内,从单位表面积上发射的波长在从单位表面积上发射的波长在+范围内的辐射范围内的辐射能为能为dE 。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础2 2、单色辐出度(旧称:单色发射本领)、单色辐出度(旧称:单色发射本领)辐射出射度(旧称:发射本领)辐射出射度(旧称:发射本领)【辐射出射度辐射出射度辐射出射度辐射出射度】在一定温度下,物体在在一定温度下,物体在单位时间内、单位时间内、从单位表面积上辐射的各种波长的总辐射能,记为从单
5、位表面积上辐射的各种波长的总辐射能,记为M(T)。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础3 3 3 3、绝绝绝绝对对对对黑黑黑黑体体体体-一一个个物物体体如如果果能能完完全全吸吸收收投投射射到到其其表表面面的的任任何何波波长长的的辐辐射射能能,即即不不反反射射,也也不不透透射射,我我们称这种物体为们称这种物体为绝对黑体绝对黑体绝对黑体绝对黑体,简称,简称黑体黑体黑体黑体。绝绝对对黑黑体体是是一一种种理理想想化化的的模模型型。但但用用不不透透明明的的材材料料制制成成的的一一个个有有小小孔孔的的空空腔腔,可可以以视视为为绝绝对对黑黑体体。如如:山洞、窗口、炉膛等。山洞、窗口、炉膛等
6、。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 斯忒藩斯忒藩斯忒藩斯忒藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律 维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律维恩位移定律维恩维恩 (W.Wien,1864-1928)(W.Wien,1864-1928)德国物理学家,德国物理学家,19111911年获诺贝尔物理年获诺贝尔物理学奖学奖第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础如:太阳单色辐出度最大处波长如:太阳单色辐出度最大处波长 m m 0.490.49 m m T=5900KT=5900K 维恩位移定律在现代科学技术上
7、具有极广泛的应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。用,是测量高温、遥感、红外追踪等技术的物理基础。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础如下图所示,太阳辐射谱如下图所示,太阳辐射谱-大气层外的太阳辐射曲线同大气层外的太阳辐射曲线同5900K5900K的黑体辐射曲线类似。太阳光穿入大气层时被大的黑体辐射曲线类似。太阳光穿入大气层时被大气吸收,水汽和二氧化碳在红外区强烈吸收太阳辐射,气吸收,水汽和二氧化碳在红外区强烈吸收太阳辐射,臭氧在紫外区强烈吸收太阳辐射。臭氧在紫外区强烈吸收太阳辐射。第第 2323章章 量量 子子 光光 学
8、学 基基 础础人体体温人体体温310K(370C)m=9.35 m“辐射高温计辐射高温计”,“炉火炉火纯青纯青”等等等等宇宙背景辐射宇宙背景辐射 m0.1cm T=2.7K第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础【例题例题】在地球大气层外测得太阳辐射谱,它的极值在地球大气层外测得太阳辐射谱,它的极值波长为波长为490 nm,设太阳为黑体,求:,设太阳为黑体,求:太阳表面温度太阳表面温度 T;太阳表面单位面积的辐射功率?太阳表面单位面积的辐射功率?第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础本章主要讲解五个方面问题:本章主要讲解五个方面问题:1 1)黑体辐射的实验规律)黑
9、体辐射的实验规律2 2)普朗克能量子假设)普朗克能量子假设3 3)光电效应与爱因斯坦光子理论)光电效应与爱因斯坦光子理论4 4)康普顿效应)康普顿效应5 5)光的波粒二象性)光的波粒二象性第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础普朗克能量子假设普朗克能量子假设 在在19世纪未,已经从实验上测定了绝对黑体的单世纪未,已经从实验上测定了绝对黑体的单色辐出度色辐出度MB(T)与与(,T)的关系曲线。如何从理论上推的关系曲线。如何从理论上推导出符合实验结果的导出符合实验结果的MB(T)函数表达式,就成为当时函数表达式,就成为当时物理学中引人注目的问题之一。许多物理学家尝试从物理学中引人注
10、目的问题之一。许多物理学家尝试从经典理论出发对绝对黑体的辐射规律给予解释。经典理论出发对绝对黑体的辐射规律给予解释。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础瑞利瑞利 金斯公式金斯公式(1900年年)维恩公式维恩公式(1896年年)MB 试验曲线试验曲线长波范围与实验符合,而在短波范围长波范围与实验符合,而在短波范围内不符合内不符合“紫外灾难紫外灾难”短波范围与实验符合,而短波范围与实验符合,而在长波范围内不符合在长波范围内不符合 与实验符合与实验符合第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础紫外灾难紫外灾难第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础普朗克公
11、式的得来普朗克公式的得来,起初是半经验的起初是半经验的,即利用内插法将适用于短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波的维恩公式和适用于长波的瑞利金斯公式衔接起来金斯公式衔接起来,在得到在得到了公式后了公式后,普朗克才设法从理论上去论证它。普朗克才设法从理论上去论证它。为解释这一公式,普朗克提为解释这一公式,普朗克提出了出了能量量子化能量量子化假设假设MB 试验曲线试验曲线普朗克公式普朗克公式普朗克常数普朗克常数第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 普朗克(普朗克(M.Planck,1858-1947M.Planck,1858-1947)德国理论德国理论物理学家
12、,量子论的奠基人,被德国科学界物理学家,量子论的奠基人,被德国科学界誉为誉为“帝国的科学首相帝国的科学首相”。早在。早在18991899年,普年,普朗克在研究辐射热力动力学时,就提出了一朗克在研究辐射热力动力学时,就提出了一个新的普适常数个新的普适常数h h,该常数后来称为基本作,该常数后来称为基本作用量子,现称普朗克常数。用量子,现称普朗克常数。普普朗朗克克于于18581858年年4 4月月2323日日出出生生于于德德国国基基尔尔。从从小小就就在在音音乐乐、文文学学及及数数学学等等方方面面显显露露了了才才华华,但但最最终终选选择择了了科科学学。18771877年年在在柏柏林林大大学学获获得得
13、博博士士学学位位,先先后后在在多多座座大大学学任任教教。18891889年年接接替替导导师师基基尔尔霍霍夫夫继继任任柏柏林林大大学学科科学学讲座教授,直到讲座教授,直到19261926年退休。年退休。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 1900190019001900年年年年12121212月月月月14141414日他在德国物理学会上,宣读了以日他在德国物理学会上,宣读了以日他在德国物理学会上,宣读了以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关于正常光谱中能量分布定律的理论关于正常光谱中能量分布定律的理论关于正常光谱中能量分布定律的理论为题的论文,为题
14、的论文,为题的论文,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提出了能量的量子化假设,并导出黑体辐射能量的分提出了能量的量子化假设,并导出黑体辐射能量的分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。劳厄称这一天是布公式。劳厄称这一天是布公式。劳厄称这一天是布公式。劳厄称这一天是“量子论的诞生日量子论的诞生日量子论的诞生日量子论的诞生日”。普朗克提出的能量子概念是非常新奇的,它揭示普朗克提出的能量子概念是非常新奇的,它揭示了微观世界中一个重要规律,开创了物理学的一个全了微观世界中一个重要规律,开创了物理学的一个全新领域。假设具有划时代的意义,于新领域。假设具有划时代的意
15、义,于19181918年普朗克年普朗克6060岁时被授予岁时被授予NobelNobel物理学奖,从而肯定了他对物理学物理学奖,从而肯定了他对物理学发展的不朽贡献。发展的不朽贡献。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 普朗克的一生与音乐结下了不解普朗克的一生与音乐结下了不解之缘,他是钢琴家、风琴手,又是音之缘,他是钢琴家、风琴手,又是音乐指挥家。直到他逝世的当天,仍像乐指挥家。直到他逝世的当天,仍像平时那样每天弹一小时钢琴。音乐促平时那样每天弹一小时钢琴。音乐促进了他的创造性思维的发展。进了他的创造性思维的发展。19471947年年1010月月4 4日普朗克在哥廷根逝日普朗克在
16、哥廷根逝世,享年世,享年8989岁。他的坟墓上只有一块岁。他的坟墓上只有一块长方形条石,上部刻了他的名字,下长方形条石,上部刻了他的名字,下部刻了部刻了“h=6.62h=6.62 10-27erg.s”10-27erg.s”的字样。的字样。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础普朗克能量子假设普朗克能量子假设普朗克常数普朗克常数 h=6.62610-34 Js 与腔内电磁场交换能量时,谐振子能量的变化与腔内电磁场交换能量时,谐振子能量的变化是是 hv 的整数倍的整数倍 能量量子假设。能量量子假设。电电磁磁波波腔壁上的原子腔壁上的原子能能量量普朗克常数普朗克常数h 体现了微观世界
17、的基本特征。体现了微观世界的基本特征。若谐振子频率为若谐振子频率为 v,则其能量是,则其能量是第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 量子假说与物理学界几百年来信奉的量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无自然界无跳跃跳跃”的原则直接矛盾,因此许多物理学家不予接受。的原则直接矛盾,因此许多物理学家不予接受。普朗克本人也曾几度普朗克本人也曾几度(前后花费前后花费1515年时间年时间)想倒退,回想倒退,回到经典物理学的立场上去。但是,到经典物理学的立场上去。但是,“无济于事,我们无济于事,我们必须与量子理论共处必须与量子理论共处”。普朗克能量子假设揭示了自然现象中客观存在的普朗克
18、能量子假设揭示了自然现象中客观存在的不连续的量子性质,开始突破了经典物理学在微观领不连续的量子性质,开始突破了经典物理学在微观领域内的束缚,标志着物理学上一场伟大革命的开始。域内的束缚,标志着物理学上一场伟大革命的开始。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础本章主要讲解五个方面问题:本章主要讲解五个方面问题:1 1)黑体辐射的实验规律)黑体辐射的实验规律2 2)普朗克能量子假设)普朗克能量子假设3 3)光电效应与爱因斯坦光子理论)光电效应与爱因斯坦光子理论4 4)康普顿效应)康普顿效应5 5)光的波粒二象性)光的波粒二象性第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础
19、1887年,年,赫兹赫兹在作放电实验时偶然观察到光电效应现象。在作放电实验时偶然观察到光电效应现象。1900年,赫兹的同事年,赫兹的同事勒纳德(勒纳德(P.Lenard)指出:光电效应是金指出:光电效应是金属中电子吸收入射光的能量而从表面逸出的现象。属中电子吸收入射光的能量而从表面逸出的现象。1905年,伟年,伟大的物理学家大的物理学家爱因斯坦爱因斯坦从理论上对光电效应作出了科学的解释。从理论上对光电效应作出了科学的解释。光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应与爱因斯坦光子理论第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础1 1、光电效应的实验规律、光电效应的实验规律 紫外光紫外光+第第
20、2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础 饱和光电流与入射光强成正比。饱和光电流与入射光强成正比。光电子最大初动能与光强无关,与入射光频率有关。光电子最大初动能与光强无关,与入射光频率有关。从光照射到阴极表面到发射光电子所需的时间间隔从光照射到阴极表面到发射光电子所需的时间间隔小于小于10-9秒数量级,与光的强弱无关,不存在时间延迟。秒数量级,与光的强弱无关,不存在时间延迟。紫外光紫外光+第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础2 2、经典电磁场理论的困难、经典电磁场理论的困难 在金属内部有许多自由电子,这些自由电子虽然在金属内部有许多自由电子,这些自由电子虽然在不停地作
21、无规则的热运动,但由于受晶格点阵中正在不停地作无规则的热运动,但由于受晶格点阵中正电荷的吸引,不能逸出金属表面。也就是说,金属内电荷的吸引,不能逸出金属表面。也就是说,金属内部自由电子的平均能量比飞出金属表面电子的能量要部自由电子的平均能量比飞出金属表面电子的能量要低。如果金属内的自由电子能获得足够多的能量,就低。如果金属内的自由电子能获得足够多的能量,就能逸出金属表面。使金属内部一个自由电子逸出金属能逸出金属表面。使金属内部一个自由电子逸出金属表面所需要的最小能量叫做这种金属的表面所需要的最小能量叫做这种金属的逸出功逸出功。第第 2323章章 量量 子子 光光 学学 基基 础础单个孤立原子单
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 23 量子光学 基础
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【a199****6536】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【a199****6536】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。