,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,光的粒子性,辐射的定义：不靠对流、碰撞传导，,依靠放射电磁波传递能量,热辐射,热传递的三种形式：集中、对流、热辐射,通过介质,不需介质或高温,只要物体的温度,，就有热辐射,热辐射谱线是连续谱,在固、液和气体中均可发生,黑体辐射谱线的形状仅由温度决定,是平衡状态下的辐射，也称温度辐射,热辐射的特点,热辐射,暗红 红光 兰光,500 800 1500,钢铁在炉中加热温度：,人体体温较低，辐射看不见，在红外,T,0k,T 颜色：暗红色红色亮白色，即波长分布往短波(高频方向移动,单色辐出度M：物体单位外表在单位时间内发出的波长在-+d间隔内的电磁波的能量,总辐出度 M(T)：某一温度下对全部波长的总辐出度。,描述辐射场的物理量,M,(T),+,d,总辐出度,M(T),1、与物质有关。特殊是物体的外表状况。,同T、一样物体，外表越粗糙、M(T)越大。,2、与物体温度有关。T越高、M(T)越大。,3、与辐射时间有关。t越长、M(T)越大。,描述辐射场的物理量,单色吸取率a ：单位波长间隔，物体吸取的能量与入射能量之比。,单色反射率,r,：单位波长间隔内，物体反射的能量与入射能量之比。,吸取率、反射率,不透亮物体：,入射,反射,吸收,透射,吸取比 a：辐射从外界入射到物体外表，吸取能量与入射总能量之比。,入射,反射,吸收,透射,吸取比、反射比,反射比 r：辐射从外界入射到物体外表，反射能量与入射总能量之比。,确定黑体：物体在任何温度下，对任何波长的辐射能的吸取比都等于1，即,吸取比、反射比,黑体模型：抱负模型黑体的外表积，即小孔面积,确定黑体：物体在任何温度时，对任何波长的吸 收率都为1。a01，r0 0。,设：每次反射80%，被吸取20%，100次反射后出射，出射强度为：,几乎为零,黑体辐射的应用,1.,测量黑体温度,高温炉上开一小孔黑体，小孔的热辐射特性，可确定炉内的温度。,2.,光学高温计,(,光测高温,),高温炉,灯丝,目镜,聚焦透镜,调整R，当灯丝温度炉温，灯丝在炉孔像的背景上显示出亮线,当灯丝温度,炉温，灯丝在炉孔像的背景上显示出暗线,当灯丝温度=炉温，灯丝在炉孔像的背景上消逝,通过灯丝电流强度算出炉温,T,R,基尔霍夫辐射定律,在温度T确定时,物体在某波长 处的单色辐出度与单色吸取比的比值与物体及其物体外表性质无关，是仅取决于温度和波长的一个恒量。,黑体,单色辐出度,一个好的辐射体确定也是好的吸取体。,基尔霍夫热辐射定律,真空抱负绝热容器内，各物之间通过辐射交换能量热平衡,所有物体：单位时间、单位面积辐射,=,吸收,热平衡，各物体温度相同,经,t,时间,一般物体 局部吸取1外界能量，也局部向外辐射能量辐射，即：,绝热腔中放置多个不同材料的物体,容器内部抽成真空，物体间只能通过热 辐射交换能量,容器壁为抱负反射体，整个体系成为孤立系统,系统热平衡后,腔内辐射场处处均匀、稳定且各向同性，不随时间变化,基尔霍夫热辐射定律,且：,基尔霍夫热辐射定律,如：室温下，白瓷砖上有一红斑点，假设在暗室中 把瓷砖烧至3000K，瓷砖上的斑点呈蓝紫色。,吸取率越高的物体，辐射度越高，吸取率最高的黑体，辐射度最高。,一个好的吸取体，同时确定是好的辐射体,由于常温下红斑点对红光反射强，对红光的反色蓝紫色光吸取率高,看到物体的颜色是反射光。不是“辐射”,红色物体、用红光照射，a小，r大；用兰光照射，a大点，r小点,常温下，用白光照射物体,黑体：全部吸取，呈黑色,其余：局部吸取，假设红色吸取率特殊大，则呈蓝紫色；假设各色吸取率相等，呈灰色。,基尔霍夫热辐射定律对热辐射现象的解释,纯蓝,纯红,纯黄,560nm,黄绿,纯绿,蓝绿,绿蓝,光谱外颜色,600nm,500nm,380nm,色调环,基尔霍夫热辐射定律对热辐射现象的解释,白底黑三角磁盘加热到 时，,白底处变暗了，黑三角处变亮了,加,热,前,加,热,后,同一个物体的反射率和吸取率有内在联系,黑三角处辐射率更大，显得更亮。,常温白底处特点：,a(,T),小,反射率,r(,T),大,黑三角处,:,a(,T),大，反射率,r(,T),小,常温下,:a(,T),很低，看到的主要是反射光，,白底处反射率高，白底显得较亮,高温下：,r(,T),明显增大，辐射占主导地位，,基尔霍夫热辐射定律对热辐射现象的解释,黑体是最抱负的辐射体,室温下的反射光照片,1100K,的自身辐射光照片,图片说明一个好的辐射体确定也是好的吸取体。,黑白花盘子的反射和自身辐射照片,2但,1确定黑体的含义：,0,=1,的物体,2确定黑体的基尔霍夫定律和性质：,留意：,1确定黑体不反射能量,高温辐射率最大，能辐射能量,确定黑体和黑体辐射,r,0,0,斯特藩,玻耳兹曼定律,每一条曲线下的面积等于黑体在确定温度下的总幅出度。,M0，T随温度连续变化，辐出光谱是连续光谱,T,：开尔文度,0=273K,黑体辐射定律,维恩位移定律,随温度的升高，（峰值波长）向短波方向移动。,温度足够高，峰值波长移到可见光范围，黑体不是黑色。,常温下为什么确定呈黑色？照射到黑体上的光线全部被吸取,黑体是黑色的吗？,应用：热象仪-红外线对温度比较敏感,利用红外线探测器探测体表各点的热辐射,红外热像仪人体疾病诊断,红外热像仪人体疾病诊断,a,、呈中间凸起的曲线形，,及（）处趋于零,b、温度上升时曲线整体上升,c、随温度上升曲线极大值对应的波长向短波方向移动,试验曲线的特点,温度不太高时，热辐射的绝大局部是红外线,太阳外表的温度时，,，青色光的波长,此时全部可见光都较强，人眼的感觉是白色光，,这个温度的光谱称为白光光谱，所以太阳光是白光,太阳辐射,在红外线=1-14um范围内，人类皮肤黑、白及其他人种的吸取系a红外=0.980.01，因此对人体辐射的红外线来说，人体几乎是一个黑体，假设成年人的外表积为1.73m2，体表温度为33=306k，求人体辐射的总功率。,解：斯蒂芬定律,M(T)=0.985.6710-8 3064=481/m2),人体,P,总,=SM=1.73M=843W,相当于每天从食物摄入的热量,3000Kcal,的,6,倍。,设全裸在确定0度的环境。,例题,假设环境温度为20293K,M=0.985.610-8 30642934=71W/m2),P总=123W实际还要少得多，由于有穿衣服,此例说明对发高烧或处于肌寒交迫的人来说，身体的消耗是相当大的只考虑向外辐射。,例题,把人体视为黑体，求辐射光线中峰值波长，并估算人体在,0,的环境中单位面积失去能量的功率。,解：,在远红外区,例题,黑体辐射的经典理论及其与试验的冲突,瑞利金斯公式1890年,维恩公式1896年,试验规律，试图从理论上解释，但遇到难以抑制的困难,“,紫外灾难”,1,、谐振子只能处于某些特定的能量状态，每一个能量状态只能是最小能量状态的整数倍,2、原子振子不能连续地辐射能量，而只能“跳动式”辐射能量，即只能辐射一个一个的能量子，能量子的最小单位hv0=。,关键假设能量是不连续的,普朗克量子假设,少女？,老妇？,微观粒子的波粒二象性，两种性质虽寓于同一体中，却,不能同时表现出来,。,两种图象寓于,同一幅画中；,但两种图象不会同时消逝在你的视觉中。,试验装置,金属氧化物外表受到波长较短的可见光或紫外光照放射电子的现象,吸取紫外线少,阳极,阴极,石英窗,光电效应,1,、饱和光电流和入射光强度成正比,e,I,：饱和光电流；,Us,：遏止电压,光强增加，I 增大。但：Us不转变。,光的波动说：光的强度越大，光电子获得的能量越大。光电效应的产生与入射光的频率无关。不管入射光的强弱，只要照射时间足够长，均可产生光电效应。,光电效应规律,U,S,为什么与光强无关？,光电子初动能,据光的粒子性：光是一束以光速运动着的粒子流，每个光子能量为,h,光强度：,光子击中电子，能量全部传给电子，电子的能量局部用于抑制金属外表逸出功，余下的为光电子初动能。,取决于单个光子能量和数目,A,：逸出功，电子逃逸出来所需的最小能量,光电子的最大初动能。,光强增加，n 增加，逸出的光电子数增多，I增大；但每个光电子获得的能量不变，抑制逸出功后余下的最大初动能不变，故Us不转变。,光电子初动能,结论：,单位时间内，受光照的金属板释放出来的电子数和入射光的强度成正比。,光电方程：,U,s,光子最大初动能与入射光的频率有关，与金属的性质有关。,2.,光电子的初动能和入射光频率的关系,结论：光电子从金属外表逸出时具有确定的动能，最大初动能与入射光的强度无关。,v,U,s,v,0,光子能量等于逸出功时，光子对应的频率即是,0,取决于金属逸出功的大小。,红限频率与金属性质有关。,不同金属，逸出功不同，截止频率不同,3.,存在,0,:,截止频率或红限频率,波动理论：光强弱，电子得不到足够能量，或需积存长时间，才能逸出光电子。,光子理论：光强弱，说明光子数少，只会导致 较小光电流。,4.瞬时性：只要入射光超过0，不管光强多么弱，光电效应仍马上产生,例：有一音叉尖端的质量为,0.050kg,，,将其频率调到,=480Hz,，,振幅,A,=1.0nm,。,求：尖端振动的量子数。,解：振动能量为：,由,例：,使锂产生光电效应的最长波长,0,=520nm,，,设以,=,0,/2,的光照在锂上，光电子的最大,初动能是多少？,解：红限波长为,520nm,，则锂的逸出功为：,光电方程：,爱因斯坦光子假说,一个电子一次吸取一个光子的能量并全转化为动能。,质能方程：,质量,动量：,运动质量,静止质量,m,0,=0,能量,光的波粒二象性比较,波动性,粒子性,描述物理量,、,、,c,E,、,p,、,m,双缝干涉,单缝衍射,光栅衍射,光的偏振（证实为横波）,热辐射规律（普朗克量子假说）,光电效应（爱因斯坦光电方程）,康普顿散射（光子与电子弹性碰撞）,实验验证,物理量关系,小结,热辐射,辐射度MT,黑体模型,基尔霍夫辐射定律,黑体辐射定律,小结,方程：,光子能量：,=h,=hc/,；光强度：,I=,nh,最大初动能：，通过测遏止电势差得到。,金属逸出功与截止频率的关系：,h,0,=A,