量子物理基础课件.ppt

量子物理基础 N.玻尔、M.玻恩、 W.L.布拉格、L.V.德布罗意、A.H.康普顿、M.居里、P.A.M 狄喇克、A.爱因斯坦、W.K.海森堡、 郞之万、W.泡利、普朗克、薛定谔 等 第五次索尔维会议与会者合影(1927年) 热辐射 : 由温度决定的物体的电磁辐射 一. 热辐射 第一节 热辐射 普朗克能量子假设 头部热辐射像 头部各部分温度不同，因此它们的热辐射存在差异，这种差异可通过热象仪转换成可见光图象。 单色辐出度 0 1.0 1.75 波长 ( ?m ) 辐射和吸收达到平衡时，物体的温度不再变化，此时物体的热辐射称为平衡热辐射。 物体辐射电磁波的同时，也吸收电磁波。物体辐射本领越大，其吸收本领也越大。 室温 高温 吸收 辐射 白底黑花瓷片 黑底白花瓷片 单色辐射出射度（单色辐出度）：一定温度 T 下，物体单位面在单位时间内发射的波长在 ?~ ? +Δ? 内的辐射能 ΔM? 与波长间隔 Δ? 的比值 辐出度：物体 (温度 T) 单位表面在单位时间内发射的辐射能，为 温度越高，辐出度越大。另外，辐出度还与材料性质有关。 ? 说明 物体热辐射 温度 材料性质 二. 黑体辐射 绝对黑体(黑体)：能够全部吸收各种波长的辐射且不反射和透射的物体。 黑体辐射的特点 ： 与同温度其它物体的热辐射相比，黑体热辐射本领最强 煤烟 约99% 黑体模型 黑体热辐射 温度 材料性质 1. 斯特藩——玻耳兹曼定律 式中 辐出度与 T 4 成正比. 2. 维恩位移定律 峰值波长 ? m 与温度 T 成反比 0.5 1.0 1.5 2.0 10 5 0 MB? (10-7 × W / m2 · ?m) ? (? m) 可见光 5000K 6000K 3000K 4000K 太阳表面温度 ? Mλ 辐出度 测得太阳光谱的峰值波长在绿光区域，为 ?m = 0.47 ?m.试估算太阳的表面温度和辐出度。 例 解 三. 经典物理的解释及普朗克公式 MB? ? 瑞利 — 金斯公式 (1900年) 维恩公式 (1896年) 普朗克公式(1900年) 为解释这一公式，普朗克提出了能量量子化假设。 试验曲线 电磁波 四.普朗克能量子假设 若谐振子频率为 v ，则其能量是 　hv , 2hv, 3hv , …, nhv , … 　 首次提出微观粒子的能量是量子化的，打破了经典物理学中能量连续的观念。 普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s 腔壁上的原子 能 量 与腔内电磁场交换能量时，谐振子能量的变化是 hv 的整数倍. 说明 hv: 能量子 伏安特性曲线 一. 光电效应的实验规律 饱和电流 iS 遏止电压 Ua iS ∝ 光电子数 I ∝ （I, v) A K U 第二节 光电效应 爱因斯坦光子假说 iS3 iS1 iS2 I1 I2 I3 Ua U i I1I2I3 ? Ua ?0 光电子最大初动能和? 成线性关系 截止频率 ?0 即时发射 迟滞时间不超过 10-9 秒 遏止电压与频率关系曲线 和v 成线性关系 i 二. 经典物理与实验规律的矛盾 电子在电磁波作用下作受迫振动，直到获得足够能量(与 光强 I 有关) 逸出，不应存在红限 ?0 。 当光强很小时，电子要逸出，必须经较长时间的能量积累。 只有光的频率 ? ? ?0 时，电子才会逸出。 逸出光电子的多少取决于光强 I 。 光电子即时发射，滞后时间不超过 10–9 秒。 总结 光电子最大初动能和光频率? 成线性关系。 光电子最大初动能取决于光强，和光的频率 ? 无关。 三. 爱因斯坦光子假说 光电效应方程 光是光子流 ，每一光子能量为 h? ，电子吸收一个光子 A 为逸出功 单位时间到达单位垂直面积的光子数为N，则光强 I = Nh? . I 越强 , 到阴极的光子越多, 则逸出的光电子越多。 电子吸收一个光子即可逸出，不需要长时间的能量积累。 光频率? A/h 时，电子吸收一个光子即可克服逸出功 A 逸出。 讨论 光电子最大初动能和光频率 ? 成线性关系。 光子动量 四. 光的波粒二象性 光子能量 光子质量 粒子性 波动性 五. 光电效应的应用 光电成像器件能将可见或不可见的辐射图像转换或增强成为可观察记录、传输、储存的图像。 红外变像管 红外辐射图像　→　可见光图像 像增强器 微弱光学图像 → 高亮度可见光学图像 测量波长在 200~1200 nm 极微弱光的功率