量子光学 热辐射

物理力学光学声学热学物理力学是物理学的一个分支，主要研究物体在受到力的作用下的运动和相互作用。

它是研究物质运动规律的基础，对于解释宇宙的运行机制和发展变化具有重要意义。

力学的研究范围包括静力学、动力学和弹性力学等。

光学是研究光的传播、发射、吸收、干涉、衍射和色彩等规律的学科。

它研究光的性质和光学装置的设计与制造，对于我们理解光的行为和应用光学技术具有重要意义。

光学的主要研究内容包括几何光学、物理光学和量子光学等。

声学是研究声音的产生、传播、接收和转换等规律的学科。

它研究声音的性质和声学装置的设计与制造，对于我们理解声音的行为和应用声学技术具有重要意义。

声学的主要研究内容包括机械振动、声波传播、声音的特性和音乐等。

热学是研究物体的热力学性质和热现象的科学。

它研究物体的温度、热量、热力学过程和热能转换等规律，对于我们理解物体的热行为和应用热学技术具有重要意义。

热学的主要研究内容包括热力学定律、热传导、热辐射和热机等。

物理力学、光学、声学和热学是物理学的主要分支，它们之间相互关联、相互渗透，共同构成了物理学的学科体系。

通过研究这些学科，我们可以深入了解物质的性质和行为，揭示自然界的奥秘，为科学研究和技术发展提供理论基础和应用支撑。

在物理力学中，我们可以探索物体的运动规律和相互作用。

通过研究物体的质量、力的大小和方向，我们可以分析物体的加速度、速度和位移等参数，从而揭示物体的运动规律。

物理力学的应用广泛，例如在机械工程中，我们可以利用物理力学的原理设计复杂的机械装置，实现各种功能。

而在光学中，我们关注光的行为和光学装置的设计。

几何光学研究光的传播路径和光线的反射、折射等现象；物理光学研究光的波动性质和光的干涉、衍射等现象；量子光学则研究光与物质的相互作用及其量子性质。

光学的应用广泛，例如在光通信领域，我们可以利用光的传输性能来实现高速、大容量的数据传输。

声学研究声音的产生、传播和接收。

声波是空气、固体和液体中机械振动的传播，它会引起物体的振动，产生声音。

热辐射波长范围
热辐射波长范围是指物体在宏观尺度上发射的电磁辐射，其中的波长范围在400纳米至1毫米之间。

在这个范围内，热辐射的特性取决于温度，因此研究热辐射波长范围可以深入了解物体的热力学特性和行为。

热辐射波长范围的原理在物理上已经得到了充分的解释和证实。

在经典物理学中，热辐射被描述为在一个空腔中嵌入的电磁波，而该空腔的温度决定了发射的波长和发射率。

另一方面，在量子物理中，我们可以用能级的概念来解释热辐射波长范围，即原子或分子中的能级随温度变化，从而导致辐射出不同波长的光线。

通过观察物体在热辐射波长范围内辐射出的光谱特征，我们可以了解物体的温度、性质和组成等方面信息。

例如，黑体辐射是一种在热辐射波长范围内辐射出的完美光谱，而且所有物体都会发射黑体辐射，这是研究热力学和天体物理学的重要手段之一。

同时，热辐射波长范围在其他领域中也有广泛应用。

例如，在红外辐射领域，研究了热辐射波长范围内的波长分布，可以用于红外成像、热成像等方面。

同样，在材料科学中，也可以通过研究物体在热辐射波长范围内的反射、吸收和透射的特性，了解其光学、热学、电学等性质，从而设计新的材料，开发新的应用。

总之，热辐射波长范围是一个极其重要的物理概念，涵盖了热力学、天体物理学、红外成像、材料科学等多个领域。

研究热辐射波长范围有助于我们深入理解物质的行为规律和热学特性，推动物理学、材料科学及其他相关领域的发展。

量子光学的进展光物理是近代物理发展最活跃的领域之一。

特别是近30年来，由于激光的问世，光学的面貌发生了深刻的变化，光物理的研究内容也从传统的光学与光谱学迅速扩展到光学与物理其他分支学科的交汇点。

诸如激光物理、非线性光学、高分辨率光谱学、强光光学和量子光学正不断趋于完善和成熟。

量子光学是研究光场的量子统计性质与物质相互作用的量子特征的学科。

它包括：非经典光场‘激光操纵原子、分子及其应用’量子光学和量子力学的交叉与渗透的研究。

尽管人类认识到光的量子性已经近一百年，但是应用量子理论研究光辐射与光场的相干性及统计性还只是近年来的事。

从光量子论的诞生，到随后量子力学的建立，对物理学乃至整个自然科学产生了极其深刻的影响。

一 hbt实验1956年，由汉堡、布朗及退斯完成了光学关联实验。

这一实验又常以三人姓氏第一字母打头，被称为hbt实验。

他们把发自放电管的辐射，经滤波后，由半透半反分光器分为两束，其中一束经时间延迟器。

两只光电倍增管分别接收两束光后，再把其输出信号馈送到一个相关器中。

这样，相关器测量到的将是两个不同时空点光场强度起伏的关联，不再是过去的相干实验中所测的光场强度自身的相位关联。

通过这一实验，他们首次证实了光场存在有高阶相关效应，这是过去任何经典干涉与衍射实验所没能观察到的。

就相干光的频率而言，光场的强度起伏关联是一个缓慢变化的量，它的测量值受到外界的扰动要比测量相位关联微弱得多。

hbt实验给相干性带来了全新的概念。

根据经典理论，传统光场的随机性只用一个一阶相关函数描述就够了，这就是一阶相干度为1时，即对应完全相干性情况。

然而，hbt实验测出的光场起伏却表明，上述相干性的描述并不完备，还必须补充二阶或更高阶的相关函数。

只有当一阶、二阶或更高阶的相干度均为1时，才能称为完全相干光。

在普通光源情况下，不可能获得这种真正的完全相干光。

然而，一台理想的激光器所产生的光场就处于相干态，只有激光诞生后，人们才有可能获得真正的相干光源。

热辐射的概念
热辐射是指物体因其温度而向周围放射出来的电磁辐射。

热辐射是一种自然现象，它的特征是不需要介质传递，可以在真空中传播。

热辐射的光谱分布可以用普朗克定律和维恩定律来描述。

热辐射的发生与物体的温度有关。

当物体的温度升高时，它所发射的热辐射的波长也会变化。

这是因为发射出来的辐射的波长是与物体温度直接相关的。

当物体温度较低时，辐射主要是红外线，而当物体温度升高时，辐射的波长会逐渐变短，出现橙色、黄色、白色的波长，最终甚至可以变成紫色。

这就是为什么蜡烛的火焰是橙色，而钨丝灯泡的光线是白色的原因。

热辐射的描述可以使用两个定律：维恩定律和普朗克定律。

维恩定律描述了一个黑体辐射谱的波峰位于哪个波长，而普朗克定律描述了黑体确定的波长强度的大小。

黑体是自己吸收并完全发射辐射的物体。

热辐射有时被称为黑体辐射，因为它是由具有完美吸收和发射性质的理想化物体发射的。

普朗克定律描述了黑体各个波长的辐射量与波长和温度之间的关系。

这个定律表明，当温度升高时，波长的范围扩大，同时曲线上使劲的峰值向紫色或蓝色的方向移动。

维恩定律描述了黑体光谱的峰位以及波长和温度之间的关系。

它指出，波长较短、能量较高的光线与较高的温度相对应。

这个理论通过一个称为维恩位移率的公式来计算出波峰的波长。

总之，热辐射是物体因温度而辐射电磁波的自然现象。

这种现象不需要介质传递，可以在真空中传播，对于许多日常生活中的物理现象，如自然界的现象或者人工电器等都具有重要的应用价值和理论意义。

了解热辐射的特性和规律有重要的实际意义。

光量子的能量和辐射的关系光量子是光的基本单位，它具有能量和辐射的双重属性。

光量子的能量和辐射有着密切的关系，对于理解光的本质和光学现象的产生具有重要意义。

光量子是光的基本粒子，也被称为光子。

光量子的能量与它的频率有关，根据普朗克定律，光量子的能量E等于普朗克常数h乘以光的频率v。

普朗克常数h是一个固定的物理常数，它的数值约为6.62607015×10^-34焦耳秒。

因此，光量子的能量与光的频率呈正比关系，频率越高，能量越大。

光的频率指的是光波每秒钟振动的次数。

不同颜色的光具有不同的频率，红光的频率较低，紫光的频率较高。

根据光量子的能量公式，不同颜色的光量子具有不同的能量。

红光的能量较低，紫光的能量较高。

这也是为什么紫外线具有更高的能量，能够对人体和物体造成伤害，而红光相对较安全的原因。

光量子的辐射指的是光的传播过程。

光量子作为光的基本单位，具有辐射的特性。

当光量子被激发时，它会向周围空间发射出去，形成光的辐射。

光的辐射是以波的形式传播的，具有波长和振幅等特性。

波长是指光波的峰与峰之间的距离，不同颜色的光具有不同的波长。

振幅则表示光波的强度，也可以理解为光的亮度。

光量子的能量和辐射之间的关系可以通过光的强度来理解。

光的强度是指单位面积上通过的光的能量，也可以理解为光的亮度。

光的强度与光量子的能量和辐射有着直接的关系，光的强度越大，光量子的能量和辐射也就越大。

在实际应用中，光量子的能量和辐射对于光学器件和光学技术的设计和优化具有重要意义。

如在光通信中，要求传输的光信号具有足够的能量和辐射，以保证信号的传输质量。

同时，光量子的能量和辐射也与光的作用效应密切相关，如光能的吸收、反射、折射等。

因此，对光量子的能量和辐射的研究可以帮助我们更好地理解和应用光学原理。

光量子的能量和辐射是密切相关的。

光量子的能量与光的频率有着正比关系，而光的频率与光的颜色和波长相关。

光量子的辐射是光的传播过程，与光的强度和亮度有关。

能量量子化知识点：能量量子化一、热辐射1．概念：一切物体都在辐射电磁波，且辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射．2．特点：温度升高时，热辐射中波长较短的成分越来越强．3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射．二、能量子1．概念：振动着的带电微粒的能量只能是某个最小能量值的整数倍，这个最小的能量值ε叫能量子．2．大小：ε＝hν，其中h＝6.63×10－34 J·s.3．爱因斯坦光子说：光是由一个个不可分割的能量子组成，能量大小为hν，光的能量子称作光子．三、能级原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差.技巧点拨一、热辐射能量子1．普朗克的能量子概念(1)能量子：普朗克认为微观世界中带电粒子的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，当带电粒子辐射或吸收能量时，也只能以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射，这样的一份最小能量值ε叫作能量子，ε＝hν，其中h叫作普朗克常量，实验测得h ＝6.63×10－34 J·s，ν为电磁波的频率．(2)能量的量子化：在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫作能量的量子化．量子化的基本特征就是在某一范围内取值是不连续的，即相邻两个值之间有一定距离．2．爱因斯坦的光子说光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光量子，简称光子．频率为ν的光子的能量为ε＝hν.二、能级1．原子的能量是量子化的，量子化的能量值叫能级．2．原子从高能级向低能级跃迁时放出光子，光子的能量等于前后两个能级之差．3．放出的光子的能量是分立的，所以原子的发射光谱是一些分立的亮线．例题精练1．（湘潭模拟）下列说法正确的是（）A．普朗克首先把能量子引入了物理学，打破了“能量连续变化”的传统观念B．用同一回旋加速器分别加速两种同位素，交流电源的频率相同C．在α、β、γ三种射线中，γ射线的电离能力最强D．两碰碰车碰撞过程中，它们所受撞击力的冲量相同【分析】根据物理学史和常识分析普朗克的贡献。

量子、光的粒子性编稿：张金虎 审稿：吴嘉峰【学习目标】1．了解黑体和黑体辐射的实验规律； 2．知道普朗克提出的能量子的假说．3．理解光电效应的实验规律及光电效应与电磁理论的矛盾；4．理解爱因斯坦的光子说及光电效应的解释，了解光电效应方程，并会用来解决简单问题． 【要点梳理】要点一、能量量子化 1．热辐射（1）定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． 物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同．物理学中把这种现象叫做热辐射．（2）热辐射的特性：辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同．当物体温度较低时（如室温），热辐射的主要成分是波长较长的电磁波（在红外线区域），不能引起人的视觉；当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，如燃烧的炭块会发出醒目的红光．2．绝对黑体（简称黑体）（1）定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波．如果一个物体能够完全吸收入射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．所谓“黑体”是指能够全部吸收所有频率的电磁辐射的理想物体．绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某种装置近似地代替． （2）黑体辐射的实验规律：对于一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．而黑体的辐射规律最为简单，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面黑体辐射各种波长电磁波的本领都有所增加，另一方面辐射本领的极大值向波长较短的方向移动． 辐射强度3．普朗克能量量子化假说 （1）能量子．黑体的空腔壁是由大量振子（振动着的带电微粒）组成的，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍．例如可能是ε或2ε、3ε、…．当振子辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地进行．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子，h εν=，其中ν是电磁波的频率，h 是普朗克常量（346.62610J s h =⨯⋅－）．（2）能量的量子化．在微观世界里，能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化． （3）普朗克的量子化假设的意义．传统的电磁理论认为光是一种电磁波，能量是连续的，能量大小决定于波的振幅和光照时间．普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释的困难而提出了能量子假说，普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响．普朗克常量危是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征． 4．什么样的物体可看成黑体（1）黑体是一个理想化的物理模型．（2）如图所示，如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出．这个小孔近似看成一个绝对黑体．（3）黑体看上去不一定是黑的，有些可看做黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔．一些发光体（如太阳、白炽灯丝）也被当作黑体来处理．要点二、光的粒子性 1．光电效应现象19世纪末赫兹用实验验证了麦克斯韦的电磁场理论，明确了光的电磁波说．但赫兹也最早发现了光电效应现象．如图所示。

5 能量量子化1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射；2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系；3．了解能量子的概念。

1．热辐射和辐射规律。

2．黑体及黑体辐射的理解。

3．普朗克的能量子假设和爱因斯坦的光子假设。

4．能级和能级跃迁。

一、热辐射1．热辐射：一切物体都在辐射电磁波。

2．热辐射规律：温度越高，热辐射中波长较短的成分越强。

3．黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

4．黑体辐射：黑体向外辐射电磁波的现象。

二、能量子1．普朗克的能量子假设：振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个最小的能量值ε叫作能量子。

2．能量子大小：ε＝hν。

ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h＝6.626 070 15×10－34J·s。

3．爱因斯坦光子假设：光是由一个个不可分割的能量子组成，这些能量子叫作光子，光子的能量ε＝hν。

三、能级1．定义：原子量子化的能量值。

2．原子处于能级最低的状态时最稳定，由高能级向低能级跃迁时放出光子。

3．原子从高能态向低能态跃迁时放出的光子的能量，等于两个能级之差。

4．原子光谱的谱线是一些分立的亮线。

知识点一对黑体和黑体辐射的理解1．对黑体的理解(1)绝对的黑体实际上是不存在的，但可以用某装置近似地代替。

如图所示，如果在一个空腔壁上开一个小孔，那么射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，这个小孔就成了一个绝对黑体。

(2)黑体不一定是黑的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是黑的；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。

一些发光的物体(如太阳、白炽灯灯丝)也被当作黑体来处理。

2．一般物体与黑体的比较热辐射特点吸收、反射特点一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，与材料的种类及表面状况有关既吸收又反射，其能力与材料的种类及入射波长等因素有关黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关完全吸收各种入射电磁波，不反射3．黑体辐射的实验规律(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值。

量子光学研究的主要内容
基于量子物理学原理，量子光学研究几十年来一直引起科学界的浓厚兴趣。

量子光学是研究奥斯特里特森公式（原子与光子之间存在的相互作用）的研究，它研究了量子态的光子如何影响物质，及其如何影响自身的性质。

量子光学的研究是多学科的综合研究，它涉及物理学、化学、以及技术科学等各个领域，它们共同参与到量子光学的研究中。

量子光学的研究内容，首先包括量子物理学方面的研究，它研究了光子的量子态，以及它们之间的相互作用，从而建立了一种新的量子光学理论，用来解释宇宙中物理现象的形成和发展。

其次，量子光学还包括对物理学和化学中量子态物质的研究，它们之间会发生特殊的相互作用，从而影响物质本身的性质。

量子光学还涉及到电磁场、热熵和动力学等研究，并在实验研究中将量子光学理论应用到实际工程中。

实验方面，量子光学研究了激光的功率分布、激光的双曲线特性、激光的相位结构以及激光的波长调制，并开发出了各种激光扫描系统，以及量子光学成像技术等应用于实际工程中的技术。

此外，量子光学还有诸多其他方面的研究，比如激光光谱、量子光学的计算机模拟研究、量子光学的光电子技术研究等。

在未来，量子光学的研究还将进一步深入，它将在电子学、医学、材料学、生物学以及环境科学等方面获得更多的应用，从而为人类社会做出大量的贡献。

量子光学的研究是一项复杂的任务，它不仅要求理论研究者仔细研究和理解量子物理学原理，而且还要求实验研究者投入大量的精力和资源，以开发出先进的实验技术和设备，从而为量子光学研究带来更深入的突破。

目前，量子光学已经取得了巨大的进步，它的应用领域也越来越广泛，因此量子光学的研究将继续在各个领域受到高度重视。