第七章光的量子性课件.ppt
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- 第七 量子 课件
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1、第七章第七章 光的量子性7.17.1 光束的测定光束的测定 光的相速度和群速度光的相速度和群速度7.27.2 经典辐射定律经典辐射定律7.37.3 普朗克辐射公式普朗克辐射公式 能量子能量子7.47.4 光电效应光电效应7.57.5 爱因斯坦的量子解释爱因斯坦的量子解释7.67.6 康普顿效应康普顿效应*7.77.7 德布罗意波和波粒二象性德布罗意波和波粒二象性 7.1 光束的测定光束的测定 光的相速度和群速度光的相速度和群速度 7.2 经典辐射定律经典辐射定律 7.3 普朗克辐射公式普朗克辐射公式 能量子能量子 7.4 光电效应光电效应 7.5 爱因斯坦的量子解释爱因斯坦的量子解释 7.6
2、康普顿效应康普顿效应 7.7 德布罗意波和波粒二象性德布罗意波和波粒二象性相对论相对论测定光速测定光速量子论量子论黑体辐射、光电现象黑体辐射、光电现象光学发展:微粒说光学发展:微粒说波动说波动说波粒二象性波粒二象性二十世纪物理学的重大革命,起始于一些当时无法解释的二十世纪物理学的重大革命,起始于一些当时无法解释的光学现象。光学现象。7.17.1 光速的测定光速的测定 光的相速度和群速度光的相速度和群速度一、一、光速测定光速测定光速测定历史:光速测定历史:1849 1849 斐索斐索 齿轮法齿轮法1941 1941 安德孙安德孙 克尔盒克尔盒1926 1926 迈克耳孙迈克耳孙 旋转棱镜法旋转棱
3、镜法1851 1851 傅科傅科 旋转镜法旋转镜法1970 1970 美国国家标准局美国国家标准局 c=c=(299792.458=(299792.458 0.001)km/s0.001)km/s1983 1983 光速作为常量光速作为常量二、二、光的相速度和群速度光的相速度和群速度相速度相速度严格的单色波所特有的波传播速度。严格的单色波所特有的波传播速度。krtAEcosk群速度群速度非严格的单色波的波群的振幅向前传播速度。非严格的单色波的波群的振幅向前传播速度。ddnncdncdddvu2真空中,真空中,u=u=观察到的是能量传播,即振幅向前传播速度观察到的是能量传播,即振幅向前传播速度群
4、速群速7.27.2 经典辐射定律经典辐射定律一、一、热辐射、基尔霍夫定律热辐射、基尔霍夫定律辐射种类:辐射种类:化学发光、光致发光、场致发光、阴极发光、热辐射化学发光、光致发光、场致发光、阴极发光、热辐射1.1.几个物理量几个物理量单色辐射出射度单色辐射出射度TM,物体表面单位面积在单位频率间隔内物体表面单位面积在单位频率间隔内 辐射的功率。辐射的功率。辐射出射度辐射出射度物体表面单位面积辐射的功率。物体表面单位面积辐射的功率。00,dTMTM(幅出度)(幅出度)吸收比吸收比dWdWTA,dW dW 表示表示照射到温度为照射到温度为T T的物体的单位面积上、的物体的单位面积上、频率在频率在+d
5、+d 范围内的辐射能,范围内的辐射能,。dWdW表示表示温度为温度为T T的物体单位面积所吸收的的物体单位面积所吸收的频率在频率在+d+d 范围内的辐射能。范围内的辐射能。2.2.基尔霍夫定律基尔霍夫定律TfTATM,普适函数与材料无关普适函数与材料无关TATM,与材料有关。与材料有关。一、一、热辐射、基尔霍夫定律热辐射、基尔霍夫定律二、二、黑体黑体黑体黑体在任何温度状态下、全部吸收任何波长的电磁波。在任何温度状态下、全部吸收任何波长的电磁波。TfTATMbb,1,TAbTfTMb,基尔霍夫定律基尔霍夫定律普适常数就是黑体的单色幅出度。普适常数就是黑体的单色幅出度。,TMTATMb由由黑体黑体
6、同样温度下,黑体的辐射最大同样温度下,黑体的辐射最大绝对黑体不存在,黑体模型绝对黑体不存在,黑体模型TMb,曲线图(如右图)曲线图(如右图)T=6000kT=5000kT=3000k可见光可见光黑体是否一定是黑的?黑体是否一定是黑的?黑色物体是否就是黑体?黑色物体是否就是黑体?(1 1)斯特藩)斯特藩玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 400,TdTMTMb 斯特藩斯特藩玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数 =5.67032=5.67032 1010-8-8 w/(mw/(m2 2K K4 4)(2 2)维恩位移定律)维恩位移定律Tbmax黑体的幅出度黑体的幅出度b=2.8978b=2.8978 1010-3-3
7、mKmK三、三、黑体的经典辐射定律及其困难黑体的经典辐射定律及其困难1.1.两个实验定律两个实验定律有一极大值,有一极大值,所对应的波长:所对应的波长:随着温度的升高,极值波长向短波方向移动随着温度的升高,极值波长向短波方向移动TMb,2.2.经典辐射定律及其局限性经典辐射定律及其局限性维恩公式(热力学)维恩公式(热力学)TcfcTMb55,瑞利瑞利金斯定律(能量均分定理)金斯定律(能量均分定理)kTcTMb42,k=1.38k=1.38 1010-38-38 J/KJ/K紫外灾难紫外灾难三、三、黑体的经典辐射定律及其困难黑体的经典辐射定律及其困难 玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数维恩线维恩线瑞利瑞利
8、金斯线金斯线7.37.3 普朗克辐射公式普朗克辐射公式 能量子能量子一、一、能量子能量子19001900年,普朗克提出一个假设:(实用主义解释实验,年,普朗克提出一个假设:(实用主义解释实验,但由此步入量子化,有质的飞跃。)但由此步入量子化,有质的飞跃。)hE 0h=6.626176h=6.626176 1010-34-34 JsJs普朗克常数普朗克常数E E0 02E2E0 0吸收外来辐射吸收外来辐射2E2E0 0E E0 0辐射能量辐射能量1.1.辐射体由各种振动频率的谐振子组成,辐射能量连续。辐射体由各种振动频率的谐振子组成,辐射能量连续。谐振子振动频率谐振子振动频率3.谐振子从一个能量
9、状态到另一个能量状态谐振子从一个能量状态到另一个能量状态2.2.每个谐振子能量不连续变化,只能处于某些分立的能量每个谐振子能量不连续变化,只能处于某些分立的能量 状态。最小的能量单位状态。最小的能量单位E E0 0 即为能量子。即为能量子。E E0 0,2E2E0 0,3E3E0 0,每个振子平均能量为:每个振子平均能量为:1/0/0/00kThnkTnEnkTnEeheEeE普朗克黑体辐射公式为:普朗克黑体辐射公式为:112,/23kThbechTM由普朗克假设,并根据玻耳兹曼分布由普朗克假设,并根据玻耳兹曼分布振子处在温度振子处在温度T T、能量、能量E=nEE=nE0 0 状态的概率状态
10、的概率kTnEe/0 二、二、普朗克公式普朗克公式112,/52kThcbehcTM二、二、普朗克公式普朗克公式结果:结果:1.与实验曲线完全相符合与实验曲线完全相符合kThcehc/5222.短波时,短波时,小小 相当于维恩公式相当于维恩公式长波时,长波时,大大 kTc42相当于瑞利相当于瑞利金斯公式金斯公式3.计算计算,40TdTMb常数常数 与实验定律一致与实验定律一致求极值求极值Tbmax系数系数b与实验定律一致与实验定律一致反之,从实验测反之,从实验测 和和 b,由,由普朗克公式推得普朗克公式推得h h和和k k,其值与其它,其值与其它实验结果一样,实验结果一样,说明说明普朗克公式有
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