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1、双折射黑体辐射第1页，本讲稿共45页n1n2三、布儒斯特定律三、布儒斯特定律反射光与折射光都是部分偏振光。反射光与折射光都是部分偏振光。第2页，本讲稿共45页n1n2反射光为光振动反射光为光振动垂直入射面的偏垂直入射面的偏振光振光折射光为折射光为部分偏振光部分偏振光当当 时时布儒斯特定律io布儒斯特角布儒斯特角(Brewster angle)，又，又称为起偏角。称为起偏角。第3页，本讲稿共45页玻璃玻璃片堆片堆玻片堆可作起偏器或检偏器玻片堆可作起偏器或检偏器第4页，本讲稿共45页上表面：上表面：io为布儒斯特角为布儒斯特角下表面：下表面：为布儒斯特角，反射光为偏振光。为布儒斯特角，反射光为偏振
2、光。第5页，本讲稿共45页玻璃玻璃片堆片堆玻片足够多时透射光非常玻片足够多时透射光非常接近于偏振光，其振动方接近于偏振光，其振动方向与入射面平行。向与入射面平行。玻片堆可作起偏器或检偏器玻片堆可作起偏器或检偏器第6页，本讲稿共45页四、光的双折射四、光的双折射 (birefringence)(birefringence)一束光线射向各向异性的晶体时，出现两条折射一束光线射向各向异性的晶体时，出现两条折射光线的现象称为光线的现象称为双折射。双折射。方解方解石石1、双折射、双折射第7页，本讲稿共45页两折射光线的区别两折射光线的区别两条折射光线分别称为两条折射光线分别称为o o光、光、e e光，光
3、，它们是偏振光。它们是偏振光。O O光光：遵守折射定律的光线叫做：遵守折射定律的光线叫做寻常寻常光（光（ordinary light)ordinary light)。o o线线e e线线O光光波阵面波阵面O光在各个方向光在各个方向n相同，波速相同，波速v=c/n，波阵面是球面。波阵面是球面。第8页，本讲稿共45页o o线线e e线线o o线线e e线线e光：不遵守折射定律的光，称为光：不遵守折射定律的光，称为非常光非常光(extraordinary light)(extraordinary light)。e光光波阵面波阵面e光在各个方向光在各个方向n不相同，波不相同，波速速v=c/n，波阵面是
4、椭球面。波阵面是椭球面。第9页，本讲稿共45页2 2、几个相关概念、几个相关概念 光轴是晶体内的一个特殊方向，不是某一光轴是晶体内的一个特殊方向，不是某一条直线条直线，从晶体内任一点都可以作出一条光轴。，从晶体内任一点都可以作出一条光轴。光轴：光轴：晶体内不发生双折射现象的一个特殊晶体内不发生双折射现象的一个特殊方向方向ab第10页，本讲稿共45页单轴晶体单轴晶体(uniaxial crystal)(uniaxial crystal)：只有一个光轴的晶体称为单轴晶体只有一个光轴的晶体称为单轴晶体 如：方解石，石英。如：方解石，石英。光轴光轴光轴光轴双轴晶体双轴晶体双轴晶体双轴晶体 (biaxi
5、al crystal)(biaxial crystal)有两个光轴的晶体称为有两个光轴的晶体称为 双轴晶体，如：云母。双轴晶体，如：云母。单轴晶体与双轴晶体单轴晶体与双轴晶体晶体中晶体中某光线与光轴组成的平面某光线与光轴组成的平面，叫该光线，叫该光线的主平面。的主平面。主平面主平面(principal plane)第11页，本讲稿共45页正晶体与负晶体正晶体与负晶体在光轴方向上，在光轴方向上，o 光和光和 e 光具有相同的传播速度和折光具有相同的传播速度和折射率；在垂直于光轴的方向上，射率；在垂直于光轴的方向上，o光和光和e光的传播速度相差最光的传播速度相差最大。大。主折射率主折射率光轴光轴e
6、 e波面波面o o波面波面第12页，本讲稿共45页u ue eu uo o光轴光轴负晶体负晶体称为称为负晶体负晶体(negative(negative crystal)crystal)（如方解石、红宝（如方解石、红宝石）石）称为称为正晶体正晶体(positive(positive crystal)crystal)（如石英和冰）（如石英和冰）正晶体正晶体光轴光轴u uo ou ue ee e波面波面o o波面波面第13页，本讲稿共45页 若已知光轴、入射光方向即可由惠更斯原理确定两个若已知光轴、入射光方向即可由惠更斯原理确定两个折射光线的传播方向，从而解释折射光线的传播方向，从而解释双折射双折射
7、现象的产生。现象的产生。3 3、用惠更斯原理解释晶体的、用惠更斯原理解释晶体的双折射双折射现象现象垂直入射光波垂直入射光波 斜入射光波斜入射光波下面以负晶体方解石为例，如下面以负晶体方解石为例，如第14页，本讲稿共45页五、二向色性五、二向色性(dichroism)(dichroism)如电气石晶片，仅如电气石晶片，仅1mm1mm厚就可把厚就可把o o光完全吸光完全吸收，让收，让e e线通过，因此电气石晶片可作为起偏器、线通过，因此电气石晶片可作为起偏器、检偏器。检偏器。二向色性：二向色性：晶体对相互垂直的两个光振动晶体对相互垂直的两个光振动有选择性吸收的性能。有选择性吸收的性能。第15页，本
8、讲稿共45页人造偏振片人造偏振片 最常用的偏振片是最常用的偏振片是H偏振片，偏振片以含有长碳偏振片，偏振片以含有长碳氢链的塑料为基底，让其链上附着碘原子，提供电子，氢链的塑料为基底，让其链上附着碘原子，提供电子，电子只能沿长链方向移动，故电磁波射入膜内，垂直电子只能沿长链方向移动，故电磁波射入膜内，垂直长链方向的电矢量可通过，否则被吸收。长链方向的电矢量可通过，否则被吸收。偏振片的作用偏振片的作用：制作看立体电影用的眼镜片；制作看立体电影用的眼镜片；用在汽车前灯和挡风玻璃上，以减弱对方用在汽车前灯和挡风玻璃上，以减弱对方 刺眼的车前灯亮度；刺眼的车前灯亮度；作糖量计的起偏器、检偏器。作糖量计的
9、起偏器、检偏器。优点：价廉、片子可造得很大。优点：价廉、片子可造得很大。第16页，本讲稿共45页 例：例：关于波的偏振现象，下列说关于波的偏振现象，下列说法正确的是法正确的是A.波具有偏振现象说明该波是纵波；波具有偏振现象说明该波是纵波；B.单色光一定是偏振光；单色光一定是偏振光；C.偏振光一定是单色光；偏振光一定是单色光；D.偏振光可以是单色光，也可以是偏振光可以是单色光，也可以是 复色光复色光D第17页，本讲稿共45页 例：例：光的偏振现象证实：光的偏振现象证实：A.光是横波光是横波 B.光是纵波；光是纵波；C.光是电磁波。光是电磁波。A.光是横波光是横波第18页，本讲稿共45页 例：从钠
10、光灯发出的单色光，强例：从钠光灯发出的单色光，强度为度为I0，照射在偏振片上，则，照射在偏振片上，则 透射光的强度为：透射光的强度为：A.I0 B.I0/2 C.I0/4 D.I0cos2B.I0/2第19页，本讲稿共45页 例：当两偏振片透射轴夹例：当两偏振片透射轴夹角由角由30变成变成45时，变化前后时，变化前后透射光强度之比为透射光强度之比为C.3D.2B.B.第20页，本讲稿共45页 例：例：用透射轴夹角为用透射轴夹角为30的两偏振片看一光源，的两偏振片看一光源，再用透射轴夹角为再用透射轴夹角为60的两偏振片看同一位置的另的两偏振片看同一位置的另一光源，观察到光的强度相同，则此二光源发
11、光强一光源，观察到光的强度相同，则此二光源发光强度之比为：度之比为：A.3/4 B.4/3 C.1/3 D.2C.第21页，本讲稿共45页 例：若在空气中测得某种介质的例：若在空气中测得某种介质的起偏角为起偏角为0,根据布儒斯特定律，该介质的根据布儒斯特定律，该介质的折射率为折射率为A.tgi0 B.I0C.arctgi0 D.无法确定无法确定A.tgi0第22页，本讲稿共45页 例：一束太阳光以某一入射例：一束太阳光以某一入射 角射在平面玻璃上，这时反射光角射在平面玻璃上，这时反射光 为完全偏振光，透射光的折射角为完全偏振光，透射光的折射角 为为 32，则入射角为：，则入射角为：A.32 B
12、.28 C.60 D.58D.58第23页，本讲稿共45页1 1、人可以辐射电磁波吗？、人可以辐射电磁波吗？2 2、通常（低温状态）看到铁块的颜色、通常（低温状态）看到铁块的颜色 是黑色，但对其加热，随着温度的是黑色，但对其加热，随着温度的 升高，铁块会由黑色逐渐转为升高，铁块会由黑色逐渐转为暗红暗红 色、红色、黄色甚至白色色、红色、黄色甚至白色，为什么？，为什么？第十五章第十五章 量子力学基础量子力学基础第一节第一节 黑体辐射黑体辐射(Black body radiation)第24页，本讲稿共45页第一节第一节 黑体辐射黑体辐射(Black body radiation)热辐射热辐射(Th
13、ermal radiation)一、黑体辐射一、黑体辐射 由于原子分子热运动引起的辐射电磁波的由于原子分子热运动引起的辐射电磁波的现象称为现象称为热辐射热辐射。1、有关辐射的基本概念、有关辐射的基本概念 热平衡辐射热平衡辐射在相同的时间内，物体吸收的能量在相同的时间内，物体吸收的能量=辐射的能量辐射的能量第25页，本讲稿共45页 辐出度辐出度单位时间内从物体单位表面积上发射的各种单位时间内从物体单位表面积上发射的各种波长的能量的总和称为波长的能量的总和称为辐出度，用辐出度，用M M（T T）表示，）表示，单位为：单位为：Wm-2-2 。单色辐出度单色辐出度:对某一单色光的辐出度对某一单色光的辐
14、出度,用用M(T)表示表示总辐出度：总辐出度：某一温度下物体对所有波长的辐出度某一温度下物体对所有波长的辐出度-+d范围内的辐出度第26页，本讲稿共45页黑体模型黑体模型 如果一个物体对入射的电磁波能全部吸收，如果一个物体对入射的电磁波能全部吸收，即称为即称为黑体黑体(black body)。黑体黑体(black body)第27页，本讲稿共45页给黑体模型加热，由小孔处发出的辐射给黑体模型加热，由小孔处发出的辐射就是就是黑体辐射黑体辐射。M (T)1 2 3 4 (m)1100K1100K1300K1300K1500K1500K1700K1700K2 2、黑体辐射实验定律、黑体辐射实验定律黑
15、体黑体辐射辐射能谱能谱曲线曲线第28页，本讲稿共45页=5.6710-8 Wm-2.K-4，称为斯特藩常数。，称为斯特藩常数。M（T T）=T=T 4 4 M (T)d (m)1700K1700KM（T）与绝对温度）与绝对温度T的四次方成正比。的四次方成正比。斯特藩斯特藩玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann Law)第29页，本讲稿共45页例：例：M (T)=TT)=T 4 4=5.6710=5.6710-8-8 3063064 4=497(W=497(Wm m-2-2)P=sM(T)=1.73497=860(W)497=860(W)理论证明理论证明:当黑体的温度当黑体的
16、温度T,周围环境温度为周围环境温度为Ts书书P282净功率第30页，本讲稿共45页b=2.89810-3 mk，此结果称为，此结果称为维恩位移定律。维恩位移定律。M (T)1 2 3 4 (m)1100K1100K1300K1300K1500K1500K1700K1700K 每一曲线都对每一曲线都对应一个辐射能量最应一个辐射能量最大的波长大的波长 (峰值波长峰值波长)m.m.mm=b/Tm=b/Tmm随温度升高向短随温度升高向短 波方向移动。波方向移动。维恩位移定律维恩位移定律(Wien displacement law)(Wien displacement law)第31页，本讲稿共45页维
17、恩位移定律的作用维恩位移定律的作用如人体体表温度为如人体体表温度为35(308k)35(308k)，其辐射电磁波，其辐射电磁波的峰值波长的峰值波长如太阳的如太阳的m=550nm m=550nm(蓝绿色光蓝绿色光)，太阳表面的，太阳表面的温度约为温度约为T=b/m=5269kT=b/m=5269km=b/308=9310m=b/308=9310-7-7m=93000m=93000 在远红外线范围在远红外线范围a a、高温遥测：、高温遥测：已知已知mm求出发光体的近似温度。求出发光体的近似温度。b b、已知温度、已知温度,确定物体辐射电磁波的波长范围。确定物体辐射电磁波的波长范围。第32页，本讲稿
18、共45页 例：一黑体温度为例：一黑体温度为To,面积为面积为So,另另一黑体温度为一黑体温度为To,面积为面积为2So,则两则两者辐出度之比为者辐出度之比为 。1：1第33页，本讲稿共45页 例：两个黑体温度之比例：两个黑体温度之比 T1:T2=1:2,表面表面积之比积之比 S1:S2=2:1,则单色辐出度最强的波长则单色辐出度最强的波长m1:m2为为 A.1:2 B.2:1 C.1:1 D.不能确定。不能确定。B.2:1第34页，本讲稿共45页 例：两黑体表面积之比为例：两黑体表面积之比为S1:S2=2:1,温温度之比为度之比为 T1:T2=1:1,则两黑体单位时间内则两黑体单位时间内从表面
19、上辐射的各种波长的总能量之比从表面上辐射的各种波长的总能量之比E1:E2为为 A.1:1 B.1:2 C.2:1 D.16:1C.2:1第35页，本讲稿共45页 例：一个功率为例：一个功率为100W的白灯泡，内装直的白灯泡，内装直径径d=0.40mm，长，长L=30Cm的钨丝，求钨丝的温的钨丝，求钨丝的温度。度。钨丝的表面积钨丝的表面积解：解：第36页，本讲稿共45页（一）、用经典理论解释黑体辐射的能量公式（一）、用经典理论解释黑体辐射的能量公式1 1、瑞利、瑞利金斯公式金斯公式二、普朗克能量子假设二、普朗克能量子假设此公式只在长波区域与此公式只在长波区域与曲线相符，短波时与实曲线相符，短波时
20、与实验完全不符。验完全不符。第37页，本讲稿共45页此公式在短波区此公式在短波区与曲线相符，长与曲线相符，长波时误差太大。波时误差太大。2 2、维恩辐射公式、维恩辐射公式第38页，本讲稿共45页式中式中n=1n=1、2 2、3 3为正整数，称为为正整数，称为量子数量子数,0 0这这个最小能量称为量子个最小能量称为量子。、组成黑体腔壁的分子、原子可看作是带电、组成黑体腔壁的分子、原子可看作是带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。、谐振子只能处于某些特定的能量状态，每一、谐振子只能处于某些特定的能量状态，每一状态的能量只能是最小能量状态的能量只能是最小能量0
21、0的整数倍。的整数倍。（二）、普朗克能量子假设（二）、普朗克能量子假设第39页，本讲稿共45页、振子从这些状态之一跃迁到其它一个状态时，、振子从这些状态之一跃迁到其它一个状态时，才辐射或吸收能量。在辐射或吸收能量时，只能才辐射或吸收能量。在辐射或吸收能量时，只能是这个最小能量单元的整数倍，而且是一份一份是这个最小能量单元的整数倍，而且是一份一份地按不连续的方式进行的。地按不连续的方式进行的。第40页，本讲稿共45页普朗克经验公式：C 光速光速k=1.3810-23JS-1 玻玻尔兹曼常数尔兹曼常数 h=6.626 10-34JS 普朗克普朗克常数常数第41页，本讲稿共45页普朗克公式的推演普朗
22、克公式的推演对普朗克公式求和，可推出对普朗克公式求和，可推出斯斯玻定律玻定律:M (T)=TT)=T 4 4对普朗克公式求极值对普朗克公式求极值,可推出可推出维恩位移定律维恩位移定律:m=b/Tm=b/T第42页，本讲稿共45页当当T很小时，指数项的值远大于很小时，指数项的值远大于1，略去，略去分母中的分母中的1，由普朗克公式可推出，由普朗克公式可推出维恩公式维恩公式:当当TT很大时，且按很大时，且按e ex x=1+x+1/2x=1+x+1/2x2 2+展展开，普朗克公式可变为开，普朗克公式可变为瑞瑞金斯公式金斯公式:第43页，本讲稿共45页垂直入射光波返回双折射返回双折射注意：注意：e e光的波阵面与波线不垂直光的波阵面与波线不垂直，波线的方向由子波波源，波线的方向由子波波源和和(新波前与子波阵面的新波前与子波阵面的)切点共同确定。切点共同确定。第44页，本讲稿共45页斜入射光波返回双折射返回双折射第45页，本讲稿共45页