第十二章-量子物理基础-(1).ppt

本讲主要内容,A.黑体辐射和普朗克量子假设,B.爱因斯坦光子理论,A.黑体辐射和普朗克量子假设,一、热辐射现象,*根据经典电磁理论，带电粒子的加速运动将向外辐射电磁波。,*一切物体都以电磁波的形式向外辐射能量。,*在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的能量，即单位面积上的辐射功率，称为该物体的辐出度，用E表示。,*物体的辐出度与其温度有关，故将这种辐射称为热辐射。,*这种电磁波形式的辐射能量按波长分布是不均匀的。,单色辐出度,若在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的、波长+d范围内的能量为dE，,单色辐出度,辐出度,*物体辐射能量的同时，又吸收周围其它物体的辐射能量。当辐射能量等于吸收能量时，其温度不变平衡热辐射,*一个好的吸收体，也一定是一个好的辐射体。,绝对黑体,黑体模型,能全部吸收所有波长的入射辐射能，即无反射，吸收率为1.,二、黑体辐射的实验定律,1.斯忒潘波尔兹曼定律,黑体的辐出度与温度的四次方成正比。,斯忒藩常量,2.维恩位移定律,维恩常量,维恩位移定律指出:当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波方向移动。,例题实验测得太阳辐射谱的峰值为490nm，将太阳视为黑体，试计算太阳的辐射功率和地球每秒内接收到的太阳能。（已知太阳半径R=6.96108m，地球半径r=6.37106m，日地距离d=1.4961011m）,解,由维恩位移定律计算太阳表面温度,由斯忒潘波尔兹曼定律得,太阳辐射总功率为,这功率分布在以太阳为中心，以日地距离d为半径的球面上，故地球表面单位面积接收到的辐射功率,地球接收到的辐射功率,例题（1）若物体温度为20，求其辐射谱的峰值波长。（2）若峰值波长=650nm，求对应的温度。（3）求这两个温度下物体辐射功率之比。,解,（1）,（2）,（3）,三、经典理论的困难,1.维恩公式,维恩线,2.瑞利金斯公式,紫外灾难,经典理论的基本观点,（1）电磁辐射来源于带电粒子的振动，电磁波的频率与振动频率相同。,（2）振子辐射的电磁波含有各种波长，是连续的，辐射能量也是连续的。,（3）温度升高，振子振动加强，辐射能增大。,四、普朗克量子假说,1.普朗克公式,普朗克线,在长波情况下：,在短波情况下：,2.能量子假说,1900年12月14日，柏林科学院,正常光谱中能量分布律的理论,1918年获诺贝尔物理学奖,辐射黑体中分子、原子的振动可看作线性谐振子，它和周围电磁场交换能量。这些谐振子只能处于某种特殊的状态，它的能量取值只能为某一最小能量的整数倍。,“我当时打算将基本作用量子h归并到经典理论范畴中去，但这个常数对所有这种企图的回答都是无情的”,B.爱因斯坦光子理论,一、光电效应,1.光电效应是瞬时发生的，响应时间为10-9s,经典理论不能解释“毋需时间积累”,入射光频率一定时，饱和光电流与入射光光强成正比，但反向截止电压与入射光光强无关。,3.反向截止电压与入射光频率成线性关系。,反向截止电压反映光电子的初动能,经典理论认为光电子的初动能应决定于入射光的光强，而不决定于光的频率。,3、存在一个“截止频率”（红限频率o）,当入射光的频率小于红限频率时，无论光强多大，也不会产生光电效应。,二、爱因斯坦的光子理论,电磁辐射是由以光速c运动的局域于空间小范围内的光量子所组成。,光子,对光电效应实验规律的解释,电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间上的累积过程。,光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以饱和光电流也大。,3.入射光子能量=逸出功+光电子初动能,因而光电子初动能和入射光的频率成线性关系,4.红限频率对应光电子初动能等于0.,例题钾的光电效应的红限波长为o=620nm，求（1）钾电子的逸出功；（2）在=300nm的紫外线照射下，钾的截止电压为多少？,解,两个相同的物体A、B，温度相同，若A的温度低于环境温度，而B高于环境温度，则A、B在单位时间内辐射的能量应满足:（A）（B）（C）（D）不能确定,选择题,某金属表面被蓝光照射时有光电子逸出，若增加蓝光的强度，则（A）单位时间内逸出的光电子数增加；（B）逸出的光电子的初动能增加；（C）光电效应的红限频率变小；（D）发射光电子所需的时间缩短。,图中直线表示某金属光电效应实验中光电子初动能与入射光频率的关系，则图中表示该金属的逸出功的线段是（A）OA（B）OC（C）AC（D）OD,思考题,1.黑体是否就是黑色物体？绝对黑体是否在任何温度下都是黑色的？,2.人体热辐射的各种波长