第7章光的量子性1精選ppt主要內容7.2經典輻射定律7.3普朗克輻射公式能量子7.4光電效應7.5愛因斯坦的量子解釋7.6康普頓效應7.8波粒二象性精選ppt從經典物理到現代物理概述

物理學的分支物理學經典物理現代物理力學熱學電磁學光學相對論量子論非線性時間t關鍵概念的發展力學電磁學熱學相對論量子論1600170018001900精選ppt經典物理及其困難牛頓力學〔包括分析力學〕麥克斯韋電磁場理論光的波動性理論熱力學統計物理十九世紀末比較完善十九世紀末物理學晴朗天空中的兩朵烏云黑體輻射的紫外災難狹義相對論Einstein量子論Plank邁克爾孫實驗的零結果精選ppt

量子概念是1900年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的歷史.其間，經過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、玻恩、海森伯、薛定諤、狄拉克等許多物理大師的創新努力，到20世紀30年代，就建立了一套完整的量子力學理論.量子力學宏觀領域經典力學現代物理的理論根底量子力學相對論量子力學微觀世界的理論起源于對波粒二相性的認識5精選ppt1、熱輻射--物體處于一定溫度的熱平衡狀態下的輻射。輻射的電磁波能量按波長的分布隨溫度而不同。2、特點：①物體逐漸加熱，溫度升高，物體顏色由暗淡變紅變黃變白、青白。物體輻射能量升高。7.2.1熱輻射和基爾霍夫定律1400K800K1000K1200K6精選ppt②物體既向外輻射能量，同時也吸收能量。③輻射與吸收平衡，物體溫度不變化而處于熱平衡，稱為平衡熱輻射。熱輻射的光譜是連續光譜，并且輻射譜的性質與溫度有關。熱輻射不一定需要高溫，任何溫度的物體都發出一定的熱輻射。7精選ppt3、熱輻射的描述－單色輻射出射度M(,T)單位：反映了在不同溫度下，輻射能量按頻率分布的情況。在單位時間內從物體單位面積向各個方向所發射的頻率在到范圍內有輻射能與和有關，且

物理意義：從物體表面單位面積發出的、頻率在

附近的單位頻率間隔內的輻射功率。8精選ppt輻射出射度M0

(T):從物體外表單位面積上發出的各種頻率的總輻射功率。——只是溫度的函數9精選ppt02468101221210468太陽鎢絲可見光區

太陽

鎢絲鎢絲和太陽的單色輻出度曲線10精選ppt入射到物體上的輻射通量,一局部被物體散射或反射(對透明物體,還會有一局部透射),其余的為物體所吸收.定義為:吸收

入射4、單色吸收比A(

，T)11精選ppt入射吸收反射透射

在波長到范圍內吸收的能量與入射的能量之比0≤A(

，T)≤1dW?

?－物體單位面積上所吸收的輻射能量，dW－照射到物體單位面積上的輻射能。

12精選ppt

任何物體單色輻出度M(,T)

和單色吸收比A(

，T)

之比，與物體性質無關。對于所有物體，是頻率

和溫度T的普適函數5、基爾霍夫定律通俗地講，好的吸收體是好的輻射體.是與物體性質無關的普適函數.13精選ppt7.2.2黑體輻射(1)黑體由基爾霍夫定律，對黑體也應有:外表不反射光，能夠在任何溫度下吸收射來的一切電磁輻射的物體。黑體的吸收比與頻率和溫度無關，是等于1的常數即：14精選ppt

能全部吸收各種波長的電磁波而不發生反射的物體稱為絕對黑體。簡稱黑體

不透明的材料制成帶小孔的的空腔,可近似看作黑體。在相同的溫度下，黑體的吸收本領最大，因而輻射本領也最大。黑體模型15精選ppt

黑體是理想模型

若物體在任何溫度下，對任何波長的輻射能的吸收比都等于1，亦稱此物體為黑體.16精選ppt為了研究熱輻射規律，必須尋找一種理想的輻射體。這種理想的輻射體就是黑體。研究黑體輻射的規律是了解一般物體熱輻射性質的根底。因為黑體的單色幅出度僅與波長和溫度有關，與材料，外表情況無關。它反映了輻射本身的規律。17精選ppt所以有:黑體輻射的單色輻出度與物體熱輻射普適函數有相同的形式。

人們研究熱輻射，需要找出這個普適函數的數學形式。研究黑體輻射，就是尋找普適函數的一個有效途徑。18精選ppt19精選ppt黑體的實驗室實現：做一個閉合的空腔，外表開一個小孔，小孔外表為模擬黑體外表。外套鉑加熱器熱電偶黑體輻射20精選ppt黑體輻射實驗曲線21精選ppt黑體輻射實驗曲線問題：如何從理論上找到符合實驗曲線的函數式？22精選ppt1

斯特藩-

玻耳茲曼定律斯特藩-玻耳茲曼常量總輻出度式中0100020001.0

可見光區3

000

K6

000

K0.523精選pptWien位移定律：1893年Wien假設諧振子的能量遵循Boltzmann分布律，認為在一定溫度下黑體輻射本領有一個最大值，在光譜中的位置由

決定。2.8978×10-3m·K24精選ppt峰值波長常量401231700K1100K1300K1500K維恩位移定律指出：當絕對黑體的溫度升高時，單色輻出度最大值向短波方向移動.25精選ppt說明：上述兩條定律均可由熱力學理論導出。①熱輻射的量值隨著溫度升高而迅速增加。熱輻射峰值波長隨溫度增加而向短波方向移動。②

可以解釋熱輻射現象：T升高，顏色由暗淡向青白變化。現代科學技術應用很廣：如測溫度，遙感，紅外追蹤等。測量行星外表溫度。26精選ppt問題：如何從理論上找到符合實驗曲線的函數式？7.2.3黑體的經典輻射定律及其困難27精選ppt1.維恩公式維恩從假設氣體分子輻射的頻率ν僅與其速度有關出發，得到與麥克斯韋速度分布律形式類似的公式

這個公式與實驗曲線短波長處符合得很好，但在波長很長處與實驗曲線相差較大。28精選ppt3.瑞利—金斯定律(1900)：這個公式在波長很長處與實驗曲線比較相近，但在短波區，按此公式，將隨波長趨向于零而趨向無窮大的荒謬結果，即“紫外災難”。29精選ppt黑體的經典輻射定律及其困難：在長波區，理論與實驗曲線符合得很好。但隨著頻率增大或波長減小，理論與實驗的差距越來越大。當波長λ趨于0時，能量趨于無窮大。這顯然是荒唐的。這就稱為發散困難或紫外困難。經典理論在短波段的失敗—發散困難：“紫外災難〞30精選ppt31精選ppto實驗值/μm維恩線瑞利--金斯線紫外災難普朗克線1234567832精選ppt經典理論的根本觀點：〔1〕電磁輻射來源于帶電粒子的振動，電磁波的頻率與振動頻率相同?！?〕振子輻射的電磁波含有各種波長，是連續的，輻射能量也是連續的?！?〕溫度升高，振子振動加強，輻射能增大。33精選ppt

維恩公式和瑞利-金斯公式都是用經典物理學的方法來研究熱輻射所得的結果，都與實驗結果不符，明顯地暴露了經典物理學的缺陷。黑體輻射實驗是物理學晴朗天空中一朵令人不安的烏云。為了解決上述困難，普朗克提出了一個著名的能量子假設。7.3普朗克輻射公式34精選ppt普朗克在能量子假說的根底上，利用內插法將適用于短波的維恩公式和適用于長波的瑞利-金斯公式銜接起來，提出并確立了一個新的公式：普朗克常數

這一公式稱為普朗克公式。它與實驗結果符合得好！參見上圖。35精選ppt普朗克公式還可以用頻率表示為：

普朗克得到上述公式后意識到，如果僅僅是一個僥幸揣測出來的內插公式，其價值只能是有限的。必須尋找這個公式的理論根據。他經過深入研究后發現：必須使諧振子的能量取分立值，才能得到上述普朗克公式。36精選ppt能量子假說：1.輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發射和吸收輻射能。2.這些諧振子的能量不能連續變化〔象經典物理學所允許的可具有任意值〕。只能取一些分立值，這些分立值是某一最小能量ε〔稱為能量子〕的整數倍，即：1ε,2ε,3ε,...nε。n為正整數,稱為量子數。

頻率為ν的諧振子最小能量為：能量量子經典37精選ppt振子在輻射或吸收能量時，從一個狀態躍遷到另一個狀態。在能量子假說根底上，普朗克由玻爾茲曼分布律和經典電動力學理論，得到黑體的單色輻出度，即普朗克公式。能量子的概念是非常新奇的，它沖破了傳統的概念，揭示了微觀世界中一個重要規律，開創了物理學的一個全新領域。由于普朗克發現了能量子，對建立量子理論作出了卓越奉獻，獲1918年諾貝爾物理學獎。38精選ppt普朗克〔1858—1947〕德國理論物理學家，量子論的奠基人.1900年他在德國物理學會上，宣讀了以?關于正常光譜中能量分布定律的理論?為題的論文.勞厄稱這一天是“量子論的誕生日〞.量子論和相對論構成了近代物理學的研究根底.39精選ppt二.普朗克黑體輻射公式根據玻爾茲曼分布，一個振子在