量子光学-1-1[精选].ppt

依据 但沿用经典物理概念（如经典电磁辐射理论和能量均分定理）去推导一个符合实验规律的黑体单色辐出度函数 均遇到困难。瑞利—琼斯推导结果是 （瑞利—琼斯公式） 当 时，即波长向短波（紫外）方向不断变短时， 则 经典物理概念竟然得出如此荒唐的结论，物理学史上称之为 “ 紫外灾难 ” 。 黑体辐射问题所处的困境成为十九世 末“物理学天空中的一朵乌云”，但它却孕育着一个新物理概念的诞生。 *维恩公式: 应用类似于麦克斯韦速率分布方法. 在短波区域与实验相附合,在长波区有较大偏离. 实验 瑞利-琼斯 维恩理论值 T=1646k 用经典理论解释热辐射的问题碰到了困难---向物理学理 论大厦飞来的一朵乌云! 为了摆脱困境，普朗克提出了与经典理论相背离的 “辐射体能量量子化” 假设,在此基础上终于找到了与实 验结果完全符合的绝对黑体单色辐出度的数学表达式。 将同温度下的实验曲线、瑞利—琼斯公式和维恩公式的函数曲线绘制于同一图中 普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947) 德国物理学家，量子物理学的开创者和奠基人。 普朗克的伟大成就，就是创立了量子理论，1900年12月14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》为题的论文，提出了能量的量子化假设，并导出了黑体辐射的能量分布公式。这是物理学史上的一次巨大变革。从此结束了经典物理学一统天下的局面。劳厄称这一天为“量子论的诞生日”。 1918年普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔奖金。 能量子假设 1900年12月24日，普朗克在《关于正常光谱的能量分布定律的理论》一文中提出能量量子化假设，量子论诞生。 组成黑体腔壁的分子或原子可视为带电的线性谐振子； 称为普朗克常量 这些谐振子和空腔中的辐射场相互作用过程中吸收和发射的能量是量子化的，只能取一些分立 值：e , 2 e , ，n e ; 频率为ν的谐振子，吸收和发射能量的最小值 e = h n 称为能量子（或量子） h = 6.63×10 J · s - 34 1900年10月19日，德国物理学家普朗克提出了一个描述黑体单色辐出度分布规律的数学公式， 光在真空中的速率 玻耳兹曼常量 普朗克常量 数值为 6.63×10 J · s - 34 并很快被检验与实验结果相符。 其波长表达式为 理论曲线 波 长 l 10 m - 6 0 0 2 4 3 1 E ( T ) ol 10 W m m 11 -1 -2 1 2 3 4 5 2 0 0 0 K 1 7 5 0 K 1 5 0 0 K 1 0 0 0 K E (T) = ol 2phc l 5 2 e hc klT 1 1 单色辐出度函数及曲线线 普朗克的黑体 瑞利---琼斯公式和维恩公式是普朗克公式在长波和短波 区域的极限. 实验 维恩理论值 T=1646k 瑞利-琼斯 普朗克理论值 证明: 当波长很长时, 瑞利—琼斯公式 当波长很短时, 普朗克公式简化为 维恩公式 根据普朗克的观点，谐振子的能量是量子化的。但是 经典力学在处理宏观振子能量时,均按连续分布来处理， 为什么没有出现错误呢？ 例题 一个弹簧振子，振子的质量M为1.0kg , 弹簧的 据普朗克能量量子化条件，求量子数n.；若量子数n改 变一个单位，系统的能量改变的百分比有多大？ 劲度 K等于20N/m，系统振动的振幅A等于1.0cm，根 根据普朗克能量量子化条件，振子的能量 联立式 得量子数 解: 弹簧的固有频率 按经典力学观点，振子的能量 可以看出，相对于宏观振子，其量子数n甚大、 能级 差很小, 振动系统能量的分立特性不明显。因此在经 典力学中，可视宏观振子的能量是连续变化的。 当量子数n改变一个单位，振动系统的能量改变的百 分比为 * *本章简要介绍: 1.狭义相对论基本观点; 2.狭义相对论时空观的几个重要结论. 狭义相对论 总结 一.牛顿力学的绝对时空观 1.光速不变原理 2.爱因斯坦相对性原理 三. 洛伦兹的时空变换和速度变换 1.满足光速不变原理 四.狭义相对论时空观的几个重要结论 运动物体在运动方向上长度缩短 V 同一地点发生二事件 4. 时序的相对性 时间膨胀——运动时钟变慢 静止质量 运动质量随物体速度v增大 动质量 总质量