中国科学技术大学：《光学与原子物理》课程授课教案（光学）第六章 黑体辐射与光的量子性

第六章黑体辐射与光的量子性 6.1 黑体辐射 6.2 黑体辐射的实验定律 6.3 光量子模型 6.4 光电效应 6.4 康普顿散射 6.5 激光

第六章 黑体辐射与光的量子性 6.1 黑体辐射 6.2 黑体辐射的实验定律 6.3 光量子模型 6.4 光电效应 6.4 康普顿散射 6.5 激光

物理世界上空的乌云 地球相对 黑体辐射 以太的运动 的实验结果

物理世界上空的乌云

历史回顾 十九世纪末期，物理学各个分支的发展都 己日臻完善，并不断取得新的成就。 首先在牛顿力学基础上，哈密顿和拉格朗 日等人建立起来的分析力学，几乎达到无 解可击的地步，海王星的发现充分表明了 牛顿力学是完美无缺的。 其次，通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯 等人的巨大努力，建立了体系完整而又严 密的热力学和统计力学，并且应用越来越 广泛

历史回顾 • 十九世纪末期，物理学各个分支的发展都 已日臻完善，并不断取得新的成就。 • 首先在牛顿力学基础上，哈密顿和拉格朗 日等人建立起来的分析力学，几乎达到无 懈可击的地步，海王星的发现充分表明了 牛顿力学是完美无缺的。 • 其次，通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯 等人的巨大努力，建立了体系完整而又严 密的热力学和统计力学，并且应用越来越 广泛

·由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现 象进行的深入而系统的研究，为电动力学 奠定了坚实的基础，特别是由麦克斯韦的 电磁场方程组预言了电磁波的存在，随即 被赫兹的实验所证实。 ·后来又把惠更斯和菲涅耳所建立的光学也 纳入了电动力学的范畴

• 由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现 象进行的深入而系统的研究，为电动力学 奠定了坚实的基础，特别是由麦克斯韦的 电磁场方程组预言了电磁波的存在，随即 被赫兹的实验所证实。 • 后来又把惠更斯和菲涅耳所建立的光学也 纳入了电动力学的范畴

开尔文的演讲 Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light (1900) The beauty and clearness of the dynamical theory,which asserts heat and light to be modes of motion,is at present obscured by two clouds. Lord Kelvin

开尔文的演讲 • Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light （1900） • The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds. Lord Kelvin

The first came into existence with the undulatory theory of light,and was dealt with by Fresnel and Dr.Thomas Young;it involved the question,how could the earth move through an elastic solid,such as essentially is the luminiferous ether? Michelson Morley

• The first came into existence with the undulatory theory of light, and was dealt with by Fresnel and Dr. Thomas Young; it involved the question, how could the earth move through an elastic solid, such as essentially is the luminiferous ether? Michelson Morley

The second is the Maxwell-Boltzmann doctrine regarding the partition of energy. Maxwell Boltzmann

• The second is the Maxwell–Boltzmann doctrine regarding the partition of energy. Maxwell Boltzmann

6.1黑体辐射 物体的温度与环境温度有差异时， 两者之间将有能量交换，热辐射 是能量交换的一种方式。 物体以电磁波的形式向外辐射能 量，或吸收辐照到其表面的能量 分子（含有带电粒子）的热运动使物 体辐射电磁波。这种辐射与温度 有关，称为热辐射

6.1 黑体辐射 • 物体的温度与环境温度有差异时， 两者之间将有能量交换，热辐射 是能量交换的一种方式。 • 物体以电磁波的形式向外辐射能 量，或吸收辐照到其表面的能量 • 分子(含有带电粒子)的热运动使物 体辐射电磁波。这种辐射与温度 有关，称为热辐射

辐射场 ·辐射的电磁波形成一个波场，即辐射场。 辐射场与波长（频率）、温度、方向等有关。 。 辐射场的物理参数：温度T,波长入或频率V, 辐射场的能量密度，辐射场的谱密度 L (T,λ，0)，辐射通量，辐射通量的谱密 度，辐射照度，辐射照度的谱密度，等

• 辐射的电磁波形成一个波场，即辐射场。 • 辐射场与波长（频率）、温度、方向等有关。 • 辐射场的物理参数：温度T，波长λ或频率ν， 辐射场的能量密度，辐射场的谱密度 u （ T ，λ，θ ），辐射通量，辐射通量的谱密 度，辐射照度，辐射照度的谱密度，等 辐射场

辐射谱密度、辐射本领：温度为T时，频率 V附近单位频率间隔内的辐射能量，亦称单 色辐出度。 E(v,T) 辐射通量：温度为T时，频率V附近dv频率间隔 内的辐射能量 dΦ(y,T)=E(y,T)dv

d ( , ) ( , )d Φ = ν νν T ET E(ν ,T) 辐射谱密度、辐射本领：温度为T 时，频率 ν附近单位频率间隔内的辐射能量，亦称单 色辐出度。 辐射通量：温度为T时，频率ν附近dν频率间隔 内的辐射能量