光的粒子性精.ppt
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1、光的粒子性1第1页,本讲稿共31页普朗克能量子解释黑体辐射;爱因斯坦光量子解释光电效应;玻尔能级解释原子核式模型与氢光谱;德布罗意提出实物粒子的波粒二象性;海森伯、薛定谔、玻恩、狄拉克量子理论。19世纪末一系列重大的发现,揭开了近代物理学的序幕。2第2页,本讲稿共31页 第一节 黑体(热)辐射一、热辐射现象基本性质:温度 发射的能量 电磁波的短波成分平衡热辐射:物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量。实 验:分子的热运动使物体辐射电磁波其能量按波长分布,分布随温度而变化。3第3页,本讲稿共31页从温度为T 的物体的单位表面、单位时间内发出波长在+d 范围电磁波的能量为dM定义:单位:Wm-
2、3总辐出度M 单位面积的辐射功率。同一物体,不同温度下 M(,T)曲线不同。温度相同的不同物体,M(,T)曲线也不同。其单位:Wm-2曲线下面积1 基本概念 单色辐出度二、基尔霍夫辐射定律(1859年12月)4第4页,本讲稿共31页根据能量守恒定律,对每一种波长都有:物体对不同波长的辐射反射、吸收能力不同。定义:单色反射率单色吸收率单色反射率r 与吸收率a a 1 的物体称黑体,它能全部吸收射到其表面的一切热辐射,它的单色辐射出射度也大。5第5页,本讲稿共31页用 实验证明 空腔内平衡热辐射的两个重要特性 寻找黑体单色辐射出射度,成为研究平衡热辐射场的台阶。2 基尔霍夫辐射定律6第6页,本讲稿
3、共31页电炉1、斯忒番玻尔兹曼定律(1874年、1884年)空腔棱镜测得不同频率的辐射功率频率不同折射率不同,折射角不同。G转动平行光管热电偶三 黑体辐射的实验规律7第7页,本讲稿共31页2、维恩位移定律 斯忒番-玻尔兹曼定律和维恩位移定律是黑体辐射 的基本定律,现代广泛应用于高温测量、遥感、红外追踪等。T2T1T38第8页,本讲稿共31页 人体几乎是一个黑体。假设人体的表面积是1.73m2,表面温度是330。求人体的辐射的总功率。例题13-1 已知在红外范围内,人类的皮肤的吸收比,总功率:解:9第9页,本讲稿共31页例题:先后两次测得炼钢炉测温孔(近似为黑体)辐射出射度的峰值波长1m=0.8
4、m、2m=0.4m,求:(1)相应的温度比;(2)相应的辐射本领之比。解:(1)根据维恩位移定律T1 1m=b T2 2m=b(2)根据斯忒番-玻尔兹曼定律10第10页,本讲稿共31页19世纪末,物理学最引人注目的课题之一,即欲从理论上导出 黑体的单色辐射出射度 的数学式。(1)维恩公式(2)瑞利金斯公式玻尔兹曼常数四、普朗克的量子假设11第1 1页,本讲稿共31页能量不连续,只能是 h 的整数倍。1900年12月14日,在德国物理学会上演讲。这一天定为量子力学的诞生日。1900年,普朗克提出能量子h h=6.6310-34 J.s 普朗克常数并根据玻尔兹曼统计法推出黑体辐射公式2)谐振子与外
5、界发生能量交换的量子化假说1)谐振子能量的量子化假说12第12页,本讲稿共31页普朗克的量子假设揭示了物质与辐射相互作用的普遍规律。他比喻:能量如商店里卖啤酒,只能一瓶一瓶的摆着,也只能一瓶一瓶卖出。他对自己的理论忐忑不安,“经典理论给了我们这样多有用的东西,因此,必须以最大的谨慎对待它,维护它除非绝对必要,否则不要改变现有的理论。”1910年,他提出发射能量不连续,吸收连续,啤酒卖出去后就成了流体。1914年,发射也连续只有相互碰撞时才不连续。普朗克把物理带到量子论大门口,却没进去。13第13页,本讲稿共31页1887年赫兹发现紫外光带电粒子勒纳证明是电子!金属电磁波照射下金属发射电子的现象
6、称为光电效应。光电效应第二节 光电效应14第14页,本讲稿共31页频率不变时,单位时间逸出的光电子数与照射光强成正比。I2I1一、光电效应的实验规律饱和光电流I1I20VGK Ai红限频率1.对一定的金属材料制成的阴极,存在一个确定的临阈频率。照射光强15第15页,本讲稿共31页此外,不变时,饱和光电流与入射光强成正比,即单位时间内从从金属表面逸出的电子与入射光强成正比。*光电子的初动能可用遏止电压 Ua 测量。当o 尽管光强极弱,光电效应也会在瞬间(t 10-9 s)产生;当o即使光强再强,也不会产生光电效应。2.光电子的初动能与频率成线性关系,而与入射光的强度I 无关。其关系:斜率K与材料
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