量子光學(xué)基礎(chǔ)ppt課件(已修改)
2025-01-16 21:02 本頁面
【正文】 2022/2/1 1 大 學(xué) 物 理 University Physics 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 本章主要講解五個方面問題： 1）黑體輻射的實驗規(guī)律 2）普朗克能量子假設(shè) 3）光電效應(yīng)與愛因斯坦光子理論 4）康普頓效應(yīng) 5）光的波粒二象性 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 黑體輻射的實驗規(guī)律 熱輻射 在任何溫度下，一切宏觀物體都以電磁波的形式向外輻射能量。對于給定的物體而言，在單位時間內(nèi)輻射能量的多少以及輻射能量按波長的分布等都取決于物體的溫度，因此，這種輻射就稱之為 熱輻射 ，或者稱為 溫度輻射 。另外，一切物體在向外界發(fā)射輻射能的同時也吸收周圍物體發(fā)出的輻射能。 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 以白熾燈為例，燈絲通以電流后，當溫度 T 800 K時，我們只感覺到燈絲發(fā)熱，而不見燈絲發(fā)光，因為此時絕大部分的輻射能量分布在紅外區(qū)域，我們?nèi)庋塾^察不到。當溫度 T800 K時，燈絲微微發(fā)紅，繼續(xù)升高溫度，燈絲由暗紅變橙黃，再變白，當溫度極高時，燈絲呈青白色，即達到所謂的“白熾化”，同時我們感到燈絲灼熱逼人。以上事例說明： ① 溫度升高，輻射的總能量增加。 ② 溫度升高，輻射能量更多地向短波部分分布。 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 單色輻出度（舊稱：單色發(fā)射本領(lǐng)） 輻射出射度（舊稱：發(fā)射本領(lǐng)） 【 單色輻出度 】 在一定溫度下，物體在 單位時間內(nèi)，從單位表面積上發(fā)射的波長在 ???+??范圍內(nèi)的輻射能為 dE? 。 ? ? 3, ??? mWddETM 單位：?? ??第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 單色輻出度（舊稱：單色發(fā)射本領(lǐng)） 輻射出射度（舊稱：發(fā)射本領(lǐng)） 【 輻射出射度 】 在一定溫度下，物體在 單位時間內(nèi)、從單位表面積上輻射的各種波長的總輻射能，記為M(T)。 20:d)()( ?? ?? ? mWTMTM 單位??第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 絕對黑體 一個物體如果能完全吸收投射到其表面的任何波長的輻射能 ， 即不反射 ， 也不透射 ， 我們稱這種物體為 絕對黑體 ， 簡稱 黑體 。 絕對黑體是一種理想化的模型 。 但用不透明的材料制成的一個有小孔的空腔， 可以視為絕對黑體 。 如：山洞 、 窗口 、 爐膛等 。 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) ① 斯忒藩 — 玻耳茲曼定律 42840 ),()( ?????????? ??? TdTMTM BB② 維恩位移定律 Km108 9 3m ????? ?bbT ?維恩 ( W. Wien, 18641928 )德國物理學(xué)家， 1911年獲諾貝爾物理學(xué)獎 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 如：太陽單色輻出度最大處波長 ?m～ ?m→ T=5900K Km108 9 3m ????? ?bbT ? 維恩位移定律在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)上具有極廣泛的應(yīng)用，是測量高溫、遙感、紅外追蹤等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 如下圖所示，太陽輻射譜 大氣層外的太陽輻射曲線同5900K的黑體輻射曲線類似。太陽光穿入大氣層時被大氣吸收，水汽和二氧化碳在紅外區(qū)強烈吸收太陽輻射，臭氧在紫外區(qū)強烈吸收太陽輻射。 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) ?人體體溫 310K(370C) ～ ?m =?m ?“輻射高溫計”，“爐火純青”等等 ?宇宙背景輻射 ?m～ →T = Km108 9 3m ????? ?bbT ?第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 【 例題 】 在地球大氣層外測得太陽輻射譜，它的極值波長為 490 nm，設(shè)太陽為黑體，求：① 太陽表面溫度 T；② 太陽表面單位面積的輻射功率？ ? ?? ? ? ? 274384393109610951067521095104901089821mW.).(.TTMK..bT,m??????????????????得由維恩位移公式第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 本章主要講解五個方面問題： 1）黑體輻射的實驗規(guī)律 2）普朗克能量子假設(shè) 3）光電效應(yīng)與愛因斯坦光子理論 4）康普頓效應(yīng) 5）光的波粒二象性 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ) 普朗克能量子假設(shè) 在 19世紀未，已經(jīng)從實驗上測定了絕對黑體的單色輻出度 MB?(T)與 (? ,T)的關(guān)系曲線。如何從理論上推導(dǎo)出符合實驗結(jié)果的 MB?(T)函數(shù)表達式，就成為當時物理學(xué)中引人注目的問題之一。許多物理學(xué)家嘗試從經(jīng)典理論出發(fā)對絕對黑體的輻射規(guī)律給予解釋。 第 23章 量 子 光 學(xué) 基 礎(chǔ)
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