世纪的光学测量(第二光本身的认识).ppt

光的吸收与发射小结 结论1： 原子核在光子被吸收电子迁移的过程中处于静止，由基底状态垂直迁移到励起状态 。 结论2： 一个分子吸收一个光量子或一个分子只与一个光量子相互作用。 光与物质相互作用---分子光谱 1. 分子光谱的测量方法: 因分子振动而产生的光谱可称为分子振动光谱，测量它的代表方法有红外分光及拉曼分光法。 2. 复杂的振动也有章可寻: 构成分子的原子非静止，而是处于各种振动状态。但是分子中原子的振动不是杂乱无章的，其振动方式及振动的频率不能随便选取的，为某种规律所支配并决定。 基准振动(normal vibration)。 光散射的定义及物理解释 依散射光频率将散射分类：瑞利散射，拉曼散射 黑体及黑体辐射 所有物体在绝对零度以上场合发射电磁波，称这种电磁波为热辐射。黑色物体吸收辐射的事实，从黑的物体对光吸收的常识可以理解。对于任何波长的电磁波均可100％吸收的理想的吸收体定义为黑体。 普郎克公式表达的辉度分布 平面波示意图 波的一般式(及平面波的角谱） 沿x方向传播的平面波 Α：振幅； λ：波长 ν：速度； φ：相位 沿r方向传播的平面波 干涉条件 干涉在电波、音波时容易观测，在自然光时并不简单。光与电波均属电磁波，电波使用电路，靠共振电路发出特定频率的波，而自然光是由于热发射或放电等物理现象而得到。这种机理得到的电磁波包含许多频率成分，从中取出特定频率的成分需要技术，而激光是由与电路相似的原理的共振器发出的，实际上可以几乎获得单一成分的光，容易观测到干涉或拍的现象，与电波不同之处在于其频率高出数千至数万倍。 干涉仪 利用波的性质大致可分为利用波的强度和利用波的相位二类方法。位相变化方法中又可分为空间上的相位变化和时间上的相位变化二种。一般将利用波的相位变化获取信息的装置称为干涉仪。如典型的麦克尔逊干涉仪。 迈克尔逊干涉仪 2-1 光学测量与科学发现 （1. 原子光谱、光电效应） 古典力学无法解释的现象开始,量子理论的诞生 电波的测量与宇宙论的发展 古典力学无法解释的现象 原子的光谱线 光电效应 黑体辐射 氢原子的发光光谱 19世纪后半期，人们对原子发出的信息(发光光谱)的研究积累了相当多的资料，但对这些现象的解释还存在一定困难。 原子谱线的规律性 1885年，巴耳末(Balmer)发现: 当电子发生跃迁时，吸收或发射的光子的波数为： 原子光谱线规律性的进一步研究 赖曼系列 (1906)紫外线 巴耳末系 (1885)可见光 帕西恩系 (1908)红外线 伯拉卡特系 (1922)红外线 巴耳末公式： 玻尔模型的基础 直线运动： 动能： 动量： 总能量： 离心力： 库伦力： 玻尔的大胆假设 玻尔的量子假设:角动量被量子化 即： 由此，可求出氢原子的半径和能量： 玻尔考虑的光谱 氢原子第n级的能量为： 时，能量最低 时，能量为0 n2能级上的氢原子如果跃迁到n1能级，则相当于 的能量以光的形式向外发出（发光）。 即： 光频： 波长： 玻尔理论的局限性 1、可解释氢原子光谱，但不能解释氦原子光谱； 2、只是谱线频率的计算规则，不能说明谱线的强度； 3、只是把能量的不连续性问题转化为角动量的不连续 性，而未从根本上解决不连续的本质。 量子力学的发展 黑体辐射(1) 黑体辐射(2) (W. Wien, 1894)维恩公式： 高频 (J.W.Rayleigh,1900)瑞利－金斯公式： 低频 普朗克的量子假设（1900年） 对于一定频率频率为ν的电磁辐射，物体只能以 为单位发射或吸收它 。每个量子的能量为 Plank 提出的能量子假设与经典力学完全不相容，尽管好，但当时并未引起更多的注意。直到1905年，爱因斯坦才认识到能量子假设可以解释经典物理学无法解释的 “光电效应”。 光电效应 1888年，H.Hertz发现光电效应，机制不明； 1896年，J.J.Thomson发现电子 光