1、 黑体黑体辐射辐射 普朗克能量子假设普朗克能量子假设 物体在任何温度下都向外辐射电磁波 热辐射 平衡热辐射 物体具有稳定温度 发射电磁辐射能量 吸收电磁辐射能量 相等 一、黑体、黑体辐射 如果一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射，这种物体称为黑体。黑体模型 黑体 实例?如远处不点灯的建筑物 若室内点灯 单位时间物体单位表面积发射的各种波长的总辐射能 单色辐出度 单位时间内,从物体表面单位面积上发出的，波长在 附近单位波长间隔内的辐射能.辐射出射度辐射出射度(辐出度辐出度)绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 (nm)绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1
2、2 3 4 5 6 (nm)绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 (nm)绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线 0 1 2 3 4 5 6 (nm)由实验及理论都可以得到 斯忒藩玻尔兹曼定律 二二、斯忒藩（斯忒藩（Stefan)玻尔兹曼定律玻尔兹曼定律 维恩（维恩（Wien)位移定律位移定律 每条曲线下的面积等于绝对黑体在一定温度下 的辐射出射度 斯忒藩常数 1、斯忒藩（Stefan)玻尔兹曼定律 维恩位移定律: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。2、维恩（维恩（Wien)位移定律位移定律 最大值所对应的波长为 峰值波长 例 假设
3、太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳 表面单色辐出度的最大值所对应的波长为465nm。试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率 解：三 、普朗克的量子假说普朗克的量子假说 普郎克公式普郎克公式 瑞利瑞利(Rayleigh)(Rayleigh)-金斯金斯(Jeans)(Jeans)经验公式经验公式 维恩维恩(Wien)(Wien)经验公式经验公式 问题：如何从理论上找到符合实验的函数式？1.经典理论的困难 o (nm)1 2 3 5 6 8 9 4 7 实验值 o (nm)1 2 3 5 6 8 9 4 7 实验值 维恩 o (nm)1 2 3 5 6 8 9 4 7 实验值 瑞利-金斯 紫 外
4、 灾 难 o (nm)1 2 3 5 6 8 9 4 7 实验值 维恩 瑞利-金斯 紫 外 灾 难 2.普朗克量子假说 能量子假说(1)组成黑体壁的分子、原子可看作是带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。(2)这些谐振子只能处于某种特殊的能量状态，它的能量取值只能为某一最小能量 （称为能量子）的整数倍，即：对于频率为 的谐振子最小能量为 h 称为普朗克常数，正整数 n 称为量子数。（n为正整数）问题：如何从理论上找到符合实验的函数式？注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗-洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除 这一关系式。它写道：
5、“我试图将h纳入经典理论的范围，但一切这样的尝试都失败了，这个量非常顽固后来他又说：“在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。我的一些同事把这看成是悲剧。但我有自已的看法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道 作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，普朗克也成为了量子力学的开山鼻祖，1918年因此而获得诺贝尔奖。振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁 到另一个状态。在能量子假说基础上，普朗克得到了黑体辐射公式：这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。c 光速 k 玻尔兹曼
6、恒量 e 自然对数的底 o (nm)1 2 3 5 6 8 9 4 7 普朗克 实验值 M.V.普朗克普朗克 研究辐射的量子研究辐射的量子理论，发现基本理论，发现基本量子，提出能量量子，提出能量量子化的假设量子化的假设 1918诺贝尔物理学奖 例：一频率为=0.5HZ，振辐为A=10cm，劲度系 数为K=3.0N/m的谐振子：X 求：量子数n;若n改变一个单位，系统能量改变的百分比 若能量变化，一次减少一个能量子，一个能量子能量：不连续变化的比率：若每相差一能量子画一直线 E 宏观看 是连续的 由此可见可以把经典物理看成 是量子物理在量子数很大时的特 殊情况（只有n很小时，能量的不 连续才显得
7、很明显）对应原理：量子论对一个系统的描述，当量子数 非常大时，即与经典物理的描述一致。（1929年波尔提出）事实上，第一个认识到普朗克假说的伟大意义 的是爱因斯坦。激光的特性与应用 一）高度单色性 激光所包含的波长或频率范围极小 又如单色性最好的氪灯，其中心波长60576埃 波长范围：Laser He-Ne Laser 中心波长 波长范围：二）高度相干性 相干性是指光波场中光振动之间的相关程度。相干性越好则光场中任取两点作光源所产生的干涉和衍射的条纹越清晰。杨氏 双缝干涉 由德布罗意关系式(谱线宽度越窄)又由海森伯不确定关系式 即激光光波有很好的相干长度 I r 圆孔衍射 注意：光的单色性越好
8、，则其相干性也越好。二者是统一的.三）高度准直性(方向性好-激光的发散角小。)=25mrad（毫弧度）(1km时光斑直径10m)激光器 Laser He-Ne激光经纬仪 测月红宝石激光器=0.031mrad=410-5mrad D=1.6km 四）亮度高、能量集中 发的光不相干 发的光相干 各原子发的光是非相干叠加 各原子发的光是相干叠加 因此光强大 因此光强小 普通光源 激光光源 大功率激光器 可使一切金属熔化 可使一切非金属化为一缕青烟 激光的应用 4、激光在受控核聚变中的应用、激光在受控核聚变中的应用 3、光信息处理和激光通信、光信息处理和激光通信 2、激光加工与激光医疗、激光加工与激光
9、医疗 1、激光测距、激光测距 干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距 打孔、切割、焊接打孔、切割、焊接、外科手术刀、武器、外科手术刀、武器 光盘的高速高密记录、激光打印机光盘的高速高密记录、激光打印机 5、激光的非线性效应、激光的非线性效应 激光光纤通讯 由于光波的频率 比电波的频率高 好几个数量级，一根极细的光纤 能承载的信息量，相当于图片中这 麽粗的电缆所能 承载的信息量。激光手术刀 （不需开胸，不住院）照明束：照亮视场 纤维镜激光光纤：成象 有源纤维强激光：使堵塞物熔化 臂动脉 主动脉 冠状动脉 内窥镜 附属通道 有源纤维 套环 纤维镜 照明束 附属通道：（可注入气或液）排除残物以明视线 套环：（可充、放气）阻止血流或使血流流通 激光 原子力显微镜(AFM)用一根钨探针或硅 探针在距试样表面 几毫微米的高度上 反复移动,来探测固 体表面的情况。试样通常是 微电子器件。激光-原子力显微镜（AFM）激光器 分束器 布喇格室 棱镜 反馈机构 接计算机 微芯片 压电换能器 压电控制装置