第十三章 光的粒子性

第十三章光的粒子性第一頁，共十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)黑體輻射一.熱輻射現(xiàn)象單色輻出度，用(T)表示單色吸收率:

aλ(T)單位時間內，在溫度為T的物體單位表面面積上，吸收波長在λ和λ+dλ范圍內的輻射能與該波長范圍內入射總輻射能的比值第二頁，共十九頁，2022年，8月28日吸收率等于1物體稱為絕對黑體，簡稱黑體二、基爾霍夫輻射定律在相同的溫度下，各種不同物體對同一波長的單色輻出度與單色吸收率的比值都等于該溫度下黑體在這一波長的單色輻出度。三、黑體輻射的實驗定律第三頁，共十九頁，2022年，8月28日黑體模型黑體輻射的能量分布第四頁，共十九頁，2022年，8月28日1.斯特藩-玻耳茲曼定律σ=5.67×10-8W/(m2)曲線下的面積與絕對溫度T的四次方成正比2．維恩位移定律隨著溫度T的升高，峰值波長λm將向短波方向移動

b=2.898×10-3m第五頁，共十九頁，2022年，8月28日例題13-1已知在紅外線(λ=1~14m)范圍內，人體(包括黑、白及其他有色人種)可近似看作一個黑體。假設成人表面面積的平均值為1.73m2，體表溫度為33℃=306K，求人體輻射的總功率。解根據(jù)斯特藩-玻耳茲曼定律，人體單位面積的輻射功率為W/m2人體輻射的總功率為P=W第六頁，共十九頁，2022年，8月28日四、普朗克量子假說1900年普朗克提出了一個全新的黑體輻射公式:圖13-4熱輻射理論公式與實驗結果比較第七頁，共十九頁，2022年，8月28日普朗克提出的量子假設:1．諧振子能量的量子化假設E=nhν（n=1,2,······。），稱為普朗克常數(shù)2．諧振子與外界發(fā)生能量交換的量子化假設第二節(jié)光電效應一.光電效應某些金屬在受到適當頻率的光照射時，可使金屬中的自由電子獲得能量而逸出金屬表面的現(xiàn)象第八頁，共十九頁，2022年，8月28日

圖13-5光電效應實驗裝置光電子光電流截止電位

第九頁，共十九頁，2022年，8月28日光電效應帶來的困擾經(jīng)典物理學的問題:1.存在一個確定的臨閾頻率2.光電子初動能的大小與入射光強無關，而只決定于入射光的頻率3.當入射光的頻率>臨閾頻率時，無論光的強度多微弱，只要光一照射到金屬上，就幾乎立刻觀測到光電子。二、愛因斯坦的光子假說光量子=光子愛因斯坦光電效應方程第十頁，共十九頁，2022年，8月28日電子在掙脫金屬束縛時所作的功叫逸出功由愛因斯坦光電效應方程能圓滿解釋光電效應的實驗結果1．要使電子能夠逸出金屬表面，光子的能量h不能小于A，換言之，能夠產(chǎn)生光電效應的入射光的最低頻率應滿足下列關系或2．對同一種金屬來說，光電子的初速度與入射光的頻率成正比，而與入射光的強度無關第十一頁，共十九頁，2022年，8月28日3．在金屬中，一個電子能夠一次全部吸收一個入射光子的能量，只要光子的能量大于金屬的逸出功，則這個電子立即逸出金屬表面，而不需要時間去積累能量三、光子的質量與動量光子的質量為光子也具有動量第十二頁，共十九頁，2022年，8月28日第三節(jié)光的波粒二象性一、康普頓效應圖13-6康普頓散射實驗裝置第十三頁，共十九頁，2022年，8月28日根據(jù)能量守恒定律，碰撞前后有

第十四頁，共十九頁，2022年，8月28日又依動量守恒定律，應用三角定律利用相對論的質量-速度關系式：整理:得第十五頁，共十九頁，2022年，8月28日式中，稱為康普頓波長二、光的波粒二象性

第四節(jié)生物光子學一、光生物技術基礎1．激光的產(chǎn)生機制第十六頁，共十九頁，2022年，8月28日正常分布受激吸收自發(fā)輻射受激輻射,受激輻射的光是激光.激光就必須設法加強受激輻射，要實現(xiàn)這一目的，必須滿足下述兩個條件:（1）實現(xiàn)粒子數(shù)反轉第十七頁，共十九頁，2022年，8月28日（2）具有光學諧振腔2．激光的特性（1）方向性好（2）單色性好（3）強度大（4）相干性好二、激光生物效應和醫(yī)學應用1．激光的生物效應（1）激光的熱效應（2）激光的光化學效應（3）激光的機械效應（4