吉林大学：《大学物理下册》课程教学资源（PPT课件）光的量子性

第十二章 光的量子性

第十二章 光的量子性

第一节热辐射和普朗克假说 、热辐射 物体在一定时间内辐射能量按浪长分布且与 温度相关的电磁辐射称为热辐射。 ※平衡热辐射:(不变)E辐射一E吸收 单色辐出度:c(,T)=与λ、T有关。 d *辐射出射度:E(T)=e(4,T4只与T有关 0 吸收比:a=E吸收/E入射 单色吸收比:a(4,T)=lE吸收E入射 a(λ,T)与λ、T有关 2021年2月24日星期三 大学物理曹°

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 2 一、热辐射 物体在一定时间内辐射能量按波长分布且与 温度相关的电磁辐射称为热辐射。  平衡热辐射：（T不变） E辐射= E吸收    d dE  单色辐出度： e( ,T) = 与、T 有关。  = E吸 收 E入 射 单色吸收比： ( ,T) = dE吸 收 dE入 射  ( , T ) 与、T 有关。 吸收比：   = 0  辐射出射度： E(T) e( ,T)d 只与T 有关 第一节 热辐射和普朗克假说

、黑体辐射的实验规律 1.黑体 任何温度下,对任何液长 有a(A,T)=1,辐射最强。 封闭空腔上开一小孔可视 为黑体。 2.黑体辐射实验 2021年2月24日星期三 大学物理曹颖

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 3 二、黑体辐射的实验规律 1. 黑 体 封闭空腔上开一小孔可视 为黑体。 任何温度下，对任何波长 有a（, T）=1，辐射最强。 2. 黑体辐射实验

3.黑体辐射实验规律 M0(×107W/m2·pm) 10 实验规律!(如图) 6000K 曲线与横轴围 可见光 的面积就是M 5 5000K 0.5 1.0 1.5 2.0 n(u m) 2021年2月24日星期三 大学物理曹颖

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 4 0.5 1.0 1.5 2.0 10 5 0 M0 (×10-7 W/m2 · m)  ( m) 可见光 5000K 6000K 3000K 4000K 实验规律!（如图） 曲线与横轴围 的面积就是Mo (T)。 3. 黑体辐射实验规律

(1)斯特藩-玻尔兹曼定律 EoT=OT σ=567×103Jslm2K4斯特藩恒量 (2)维恩位移定律 T2=b n→>峰值波长透射光最大 b=2.898×103mK维恩恒量 2021年2月24日星期三 大学物理曹颖

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 5 （2）维恩位移定律 T b m = m → 峰值波长 b =  mK −3 2.898 10 （1）斯特藩－玻尔兹曼定律 4 0 E T T ( ) =  8 1 2 4 5.67 10 − − − =    −   J s m K 斯特藩恒量 维恩恒量 透射光最大

第二节光电效应和爱因斯坦假说 光电效应 当光照射到金属表 石英窗 面时,金属中的电子吸 收光的能量,可以逸出阳极 阴极 金属表面。这一现象称 为光电效应。 光线经石英窗照在 阴极上,便有电子逸 出—光电子。 G 光电子在电场作用 ① 下形成光电流。 2021年2月24日星期三 大学物理曹颖 6

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 6 一、光电效应 阳极 阴极 石英窗 V G 当光照射到金属表 面时，金属中的电子吸 收光的能量，可以逸出 金属表面。这一现象称 为光电效应。 光线经石英窗照在 阴 极上 ，便有 电子 逸 出—光电子。 光电子在电场作用 下形成光电流。 第二节 光电效应和爱因斯坦假说

二、爱因斯坦光子假说 1、光子 光不仅在吸收、辐射时是以能量子的微粒形式 出现,而且在传播中也是以光速运动的微粒,称 为光量子,简称光子。 每个光子的能量为:E=hv(18.10) 2、爱因斯坦光电效应方程 依据能量守恒得到: hv==m+w (18.11) 2 W为逸出功。 2021年2月24日星期三 大学物理曹颖

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 7 二、爱因斯坦光子假说 光不仅在吸收、辐射时是以能量子的微粒形式 出现，而且在传播中也是以光速运动的微粒，称 为光量子，简称光子。 每个光子的能量为： E = hn (18.10) 2、爱因斯坦光电效应方程 1 2 (18.11) 2 h m W m m n  = + Wm 为逸出功。 1、光子 依据能量守恒得到：

三、对实验规律的成功解释 (1)光强与入射光子数成正比,光电流与电子 数成正比,即光电流与光强成正比。 (2)由爱因斯坦光电效应方程,初动能随频率 线性增加,与光强无关。 (3)当v<Wmh=v时,不产生光电效应,说明 存在红限。 4)一个光子的全部能量将一次性地被一个电 子所吸收,不需要积累能量的时间。 由相对论质能关系E=mc2有: m=hvlc2 P=mc=h/a 光具有浪粒二象性。 2021年2月24日星期三 大学物理曹颖

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 8 （4）一个光子的全部能量将一次性地被一个电 子所吸收，不需要积累能量的时间。 （1）光强与入射光子数成正比，光电流与电子 数成正比，即光电流与光强成正比。 （2）由爱因斯坦光电效应方程，初动能随频率 线性增加，与光强无关。 由相对论质能关系E = mc2有： m = hn/c 2 P = mc = h/ 光具有波粒二象性。 （3）当n < Wm/h = n0时，不产生光电效应，说明 存在红限。 三、对实验规律的成功解释

第三节康普顿效应 康普顿效应 X洸通过不均匀物质时,有些散射线的波长增 大的散射现象。 实验规律 亲散射线为两种:不变线A=4-x0=0 变线A=-0>0 A1随散射角c的增加而增加,与散射物质无关。 变线的强度随原子序数的增加而减小。 三、对实验规律的解释 ①经典理论 电子作受迫振动,频率不变,波长也不变

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 9 一、康普顿效应 X光通过不均匀物质时，有些散射线的波长增 大的散射现象。 二、实验规律  散射线为两种：不变线 D =  − o = 0 变 线 D =  − o > 0  D随散射角j的增加而增加，与散射物质无关。  变线的强度随原子序数的增加而减小。 三、对实验规律的解释 电子作受迫振动，频率不变，波长也不变。  经典理论 第三节 康普顿效应

②光子假说的解释 光子与散射物质中的电子相互碰撞。 a、定性解释 变线:光子与较自由的电子相互碰撞。 不变线:光子与束缚较紧的电子相碰撞童。 b、定量解释 视碰撞前电子是静止的自由电子。 碰撞前碰撞后 v 能量动量能量动到 电子mC20m y 光子 hvo hvo/cl hi|hvcl v 2021年2月24日星期三大学物理H曹颗 10

2021年2月24日星期三 大学物理II 曹颖 10 ② 光子假说的解释 光子与散射物质中的电子相互碰撞。 a、定性解释 变 线：光子与较自由的电子相互碰撞。 不变线：光子与束缚较紧的电子相碰撞。 b、定量解释 视碰撞前电子是静止的自由电子。 碰撞前 碰撞后 能量 动量 能量 动量 电子 m0C 2 0 mC2 mv 光子 hn0 hn0/C hn hn/C q j hn hn0 mv