量子物理第1讲——热辐射的量子性光的二象性

1、量子物理学讲座1:热辐射的量子双重性。主要内容有：一、热辐射的量子本质；第二，光的二重性；首先，热辐射的量子本质。在任何时间间隔内，物体发出的电磁波能量等于从外部吸收的电磁波能量。量子物理学，1。热辐射，宏观物体是由大量微观粒子(原子、分子或离子)组成的。这些微小的带电共振子系统辐射各种波长的电磁波，电磁波的能量及其根据波长的分布与物体的温度有关。与物体温度相关的电磁辐射称为热辐射。a)平衡热辐射并保持物体温度恒定。b)单色辐射率和辐射辐射率，单色辐射率：单位时间温度下物体发射的波长辐射能：辐射辐射率：单位时间温度下物体发射的各种波长的总辐射能(简称辐射率):与黑体的组成材料无关。黑体，它能在

2、任何温度下完全吸收任何波长的电磁波而不反射或透射。所有黑体的辐射定律都是一样的：(1)只是和的函数；(ii)唯一的功能是。式中，2，黑体辐射的实验定律，a)斯特凡玻尔兹曼定律，斯特凡常数，b)维恩位移定律，当温度为0时，有一个最大值，相应的波长符合得很好：低频部分符合得很好，紫外带严重偏离实验；3、黑体辐射公式普朗克量子假说，A. (b)瑞利-帕金斯公式，根据经典电磁理论和统计物理，瑞利和帕金斯(1900)获得了理论公式：(紫外灾难)。(诺贝尔，1911)，我们得到黑体平衡热辐射公式：c)普朗克公式，普朗克(1900):瑞利公式，维恩经验公式实验曲线，这与当时最准确的实验数据相吻合：为什么？普

3、朗克量子假说，它假设： (1)谐振子的能量值只能是某个最小能量单位的整数倍，即(2)谐振子具有频率，最小能量单位是：(诺贝尔，1918)。量子假说是人类认知的又一次飞跃，它开创了物理学和许多学科的新局面。大小为且只能取不连续值的现象称为能量量化；称为量子数；称为eneron(quantum)；即所谓的普朗克常数，与实验完全一致。当维恩公式推导出来时，当瑞利珀金斯公式推导出来时。是量子的表象，而不连续性只存在于微观领域，但许多宏观现象最终必须由微观过程的不连续性来解释。2.光的二重性，1。光电效应，t:真空玻璃管，k:阴极，a:阳极，光电效应：当光照射金属表面时，电子从金属中逸出。光电，光电流，

4、金属功函数，饱和电流，光电流保持稳定，不再随着电压的增加而增加。光电流为零时施加的反向电压。表明从阴极逃逸的光子具有初始动能。为了抑制电压，假设电子从阴极逃逸的最大速率，光电效应的实验定律：(1)与入射光强度成正比。(2)当它存在时，它随光强的增加而线性增加，与光强无关；那时，不可能产生光电流。称为红色极限频率或截止频率。(3)只要光电子几乎与光照同时发生，滞后就不完全与光强无关。(3)当入射光较弱时，电子必须长时间吸收和积累足够的电磁波能量才能逃逸。2.经典理论的难点：(1)饱和光电流与入射光强度成正比，这可以解释。哈。哈。哈。根据经典理论分析：(2)它随着光强的增加而增加，不受频率的限制。

5、嗯？嗯？嗯？唉唉唉！爱因斯坦的光量子假说，爱因斯坦(1905):“光是一种在真空中高速运动的粒子流(这种粒子被称为光量子，简称光子)。每个光子的能量：光子质量：静态质量：运动质量：光子动量：当光子进入金属时，一个光子的能量一次被一个电子完全吸收，一部分用来克服电子的束缚，另一部分是光电子的初始运动(诺贝尔，1921)，爱因斯坦光电效应方程：光电效应主要用于光电池和光电倍增管解释光电效应：大饱和电流。(1)光很强，每单位时间有许多光子照射阴极，产生许多光电子，(2)某种金属在一定程度上存在，当时，它随着增加而线性增加；那时，不管光有多强，需要多长时间，都不会产生光电子。(3)一旦光子受到辐射，它

6、会在被电子吸收后立即逃逸。不需要强光照射，也不需要长时间照射。康普顿效应，萨德勒和米香(1912):当X射线被光原子物质散射时，波长增加。康普顿(1923):单色X射线被石墨散射，散射X射线的波长变化与散射角有关。经典理论：莫名其妙！频率x射线使石墨中的带电粒子随频率振动，形成相同频率的散射线。康普顿：X射线光子和自由电子之间的弹性碰撞。(诺贝尔，1927)，撞击前：光子动量，电子静止；光子能量，电子能量，碰撞，光子动量，电子动量，光子能量，电子能量，动量守恒定律，即康普顿公式，能量守恒定律，电子相对论质量，与实验结果完全一致，表明能量守恒定律和动量守恒定律在微观世界也是有效的。光子的概念及其

7、能量和动量公式，相对论质量表达式得到证实。光的二重性、涨落和粒子性质。单位时间内，第二块板左右两侧单位面积获得的净辐射热分别为：例1:有四块大金属板，它们是相同的，彼此靠近，在真空中平行放置，黑色的表面可以视为绝对黑体。最外面两块板的热力学温度保持总和，达到热平衡后第二块板和第三块板的热力学温度是多少？板块又大又近，所以不能考虑边缘效应。以上六个公式同时求解。当热辐射平衡时，应该相应地分析第三板。我们有，例2:解：单位时间内受光照射的单位球面面积的能量是，波长为的单色光从点光源发出，在所有方向和功率上有均匀的光发射。每秒钟有多少光子落在垂直于光源的单位面积上？每个光子的动量和质量是多少？每个光子的能量是这样的，光子的动量和光子的质量是这样的，因此，在光电效应实验中，具有波长的激光束1被用于入射到某个金属表面上，并且产生的光电流被入射到金属表面上的具有波长的激光束2代替，并且假设产生的光电流具有与激光束1和2相同的功率。然而，试着比较饱和电流和溶液之间的大小关系，让每单位时间入射到金属表面的激光束的光子数被一个电子吸收，每单位时间在金属表面产生一个光电子，它们都将到达阳极形成饱和电流。即，激光束功率，饱和电流，实施例4:在康普顿散射中，入射光子