第十三章--光的粒子性PPT课件
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M a11 T TM a22T TM 0(T)
三、黑体辐射的实验定律
.
3
黑体模型
பைடு நூலகம்
黑体辐射的能量分布
.
4
1.斯特藩-玻耳兹曼定律
M TT4
σ=5.67×10-8W/(m2) 曲线下的面积与绝对温度T的四次方成 正比 2．维恩位移定律 随着温度T的升高，峰值波长 λm将向 短波方向移动
Tm b
b=2.898×1. 0-3m
3.当入射光的频率>临阈频率时，无论光的
强度多微弱，只要光一照射到金属上，就
几乎立刻观测到光电子。
二、爱因斯坦的光子假说
光量子 =光子
爱因斯坦光电效应方程
h 1mυ2 A
2.
10
电子在挣脱金属束缚时所作的功叫逸出功
由爱因斯坦光电效应方程能圆满解释光电
效应的实验结果
1．要使电子能够逸出金属表面，光子的能
5
例题13-1 已知在红外线(λ=1~14m)范围 内，人体(包括黑、白及其他有色人种)可 近似看作一个黑体。假设成人表面面积 的平均值为1.73m2，体表温度为 33℃=306K，求人体辐射的总功率。
解 根据斯特藩-玻耳兹曼定律，人体单位面 积的辐射功率为
M T 4 5 .6 7 1 8 0 34 0 W/m6 2
人体辐射的总功率为
P = 1 .7 3 5 .6 7 1 8 0 34 0 8 66 W 0
.
6
四、普朗克量子假说 1900年普朗克提出了一个全新的黑体辐射 公式:
MT2hc25
1
hc
ekT1
图13-4热辐射理论公式与实验结果比较
.
7
普朗克提出的量子假设: 1．谐振子能量的量子化假设 E=nhν （n=1,2, ······。） h6.62 16 30 J 4S，称为普朗克常数 2．谐振子与外界发生能量交换的量子化假设
第十三章 光的粒子性
• 教学要求： • 1．熟练掌握描写光的粒子性的普朗克量子
假说和爱因斯坦的光子学说；黑体辐射和 光电效应。掌握激光的原理和基本特点。 • 2．理解光的波粒二象性及康普顿效应。 • 3．了解激光的生物效应和医学应用；了解 生物光学成像和光学生物传感器。
.
1
第一节 黑体辐射
• 一.热辐射现象
三、光子的质量与动量
光子的质量为
m
E
h
c2 c2
光子也具有动量
Pmch h c
.
12
第三节 光的波粒二象性
一、康普顿效应
图13-6 康普顿. 散射实验装置
13
根据能量守恒定律，碰撞前后有
hm 0c2hm2c
.
14
又依动量守恒定律，应用三角定律
m υ2hc 2hc 22hc22co s
利用相对论的质量-速度关系式：
m 0 2 c 4 m 2 c 2c 2 υ 2
整理:得
h1co s 1co s
m 0c
.
15
式中，称为康普顿波长 二、光的波粒二象性
第四节 生物光子学
一、光生物技术基础 1．激光的产生机制
.
16
正常分布 受激吸收 自发辐射 受激辐射,受激辐射的光是激光 .激光就必须设 法加强受激辐射，要实现这一目的，必须满足 下述两个条件: （1）实现粒子数反转
第二节 光电效应
一.光电效应 某些金属在受到适当频率的光照射时，可 使金属中的自由电子获得能量而逸出金属 表面的现象
.
8
光电子 光电流 截止电位
图13-5 光电效应实验装置
.
9
光电效应带来的困扰经典物理学的问题:
1.存在一个确定的临阈频率 0
2.光电子初动能的大小与入射光强无关，
而只决定于入射光的频率
• 单色辐出度，用 M (T)表示
MTdM d(T)
单色吸收率: aλ(T)
单位时间内，在温度为T的物体单位表面面
积上，吸收波长在λ和λ+dλ范围内的辐射
能与该波长范围内入射总辐射能的比值
.
2
吸收率等于1物体称为绝对黑体，简称黑体 二、基尔霍夫辐射定律 在相同的温度下，各种不同物体对同一波长 的单色辐出度与单色吸收率的比值都等于该 温度下黑体在这一波长的单色辐出度。
.
19
量h不能小于A，换言之，能够产生光电效
应的入射光的最低频率应满足下列关系
h0 A 或
0
A h
2．对同一种金属来说，光电子的初速度与
入射光的频率成正比，而与入射光的强度
无关
.
11
3．在金属中，一个电子能够一次全部吸收一
个入射光子的能量，只要光子的能量大于金
属的逸出功，则这个电子立即逸出金属表面，
而不需要时间去积累能量
.
17
（2）具有光学谐振腔
2．激光的特性
（1）方向性好
（2）单色性好
（3）强度大
（4）相干性好
二、激光生物效应和医学应用
1．激光的生物效应
（1） 激光的热效应
（2） 激光的光化学效应
（3） 激光的机械效应
（4） 激光的电磁场效应
.
18
（5） 激光的生物刺激效应 2．激光的医学应用 （1）治疗 （2）诊断 三、生物光学成像 四、光学生物传感器
三、黑体辐射的实验定律
.
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黑体模型
பைடு நூலகம்
黑体辐射的能量分布
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1.斯特藩-玻耳兹曼定律
M TT4
σ=5.67×10-8W/(m2) 曲线下的面积与绝对温度T的四次方成 正比 2．维恩位移定律 随着温度T的升高，峰值波长 λm将向 短波方向移动
Tm b
b=2.898×1. 0-3m
3.当入射光的频率>临阈频率时，无论光的
强度多微弱，只要光一照射到金属上，就
几乎立刻观测到光电子。
二、爱因斯坦的光子假说
光量子 =光子
爱因斯坦光电效应方程
h 1mυ2 A
2.
10
电子在挣脱金属束缚时所作的功叫逸出功
由爱因斯坦光电效应方程能圆满解释光电
效应的实验结果
1．要使电子能够逸出金属表面，光子的能
5
例题13-1 已知在红外线(λ=1~14m)范围 内，人体(包括黑、白及其他有色人种)可 近似看作一个黑体。假设成人表面面积 的平均值为1.73m2，体表温度为 33℃=306K，求人体辐射的总功率。
解 根据斯特藩-玻耳兹曼定律，人体单位面 积的辐射功率为
M T 4 5 .6 7 1 8 0 34 0 W/m6 2
人体辐射的总功率为
P = 1 .7 3 5 .6 7 1 8 0 34 0 8 66 W 0
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四、普朗克量子假说 1900年普朗克提出了一个全新的黑体辐射 公式:
MT2hc25
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hc
ekT1
图13-4热辐射理论公式与实验结果比较
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普朗克提出的量子假设: 1．谐振子能量的量子化假设 E=nhν （n=1,2, ······。） h6.62 16 30 J 4S，称为普朗克常数 2．谐振子与外界发生能量交换的量子化假设
第十三章 光的粒子性
• 教学要求： • 1．熟练掌握描写光的粒子性的普朗克量子
假说和爱因斯坦的光子学说；黑体辐射和 光电效应。掌握激光的原理和基本特点。 • 2．理解光的波粒二象性及康普顿效应。 • 3．了解激光的生物效应和医学应用；了解 生物光学成像和光学生物传感器。
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1
第一节 黑体辐射
• 一.热辐射现象
三、光子的质量与动量
光子的质量为
m
E
h
c2 c2
光子也具有动量
Pmch h c
.
12
第三节 光的波粒二象性
一、康普顿效应
图13-6 康普顿. 散射实验装置
13
根据能量守恒定律，碰撞前后有
hm 0c2hm2c
.
14
又依动量守恒定律，应用三角定律
m υ2hc 2hc 22hc22co s
利用相对论的质量-速度关系式：
m 0 2 c 4 m 2 c 2c 2 υ 2
整理:得
h1co s 1co s
m 0c
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式中，称为康普顿波长 二、光的波粒二象性
第四节 生物光子学
一、光生物技术基础 1．激光的产生机制
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正常分布 受激吸收 自发辐射 受激辐射,受激辐射的光是激光 .激光就必须设 法加强受激辐射，要实现这一目的，必须满足 下述两个条件: （1）实现粒子数反转
第二节 光电效应
一.光电效应 某些金属在受到适当频率的光照射时，可 使金属中的自由电子获得能量而逸出金属 表面的现象
.
8
光电子 光电流 截止电位
图13-5 光电效应实验装置
.
9
光电效应带来的困扰经典物理学的问题:
1.存在一个确定的临阈频率 0
2.光电子初动能的大小与入射光强无关，
而只决定于入射光的频率
• 单色辐出度，用 M (T)表示
MTdM d(T)
单色吸收率: aλ(T)
单位时间内，在温度为T的物体单位表面面
积上，吸收波长在λ和λ+dλ范围内的辐射
能与该波长范围内入射总辐射能的比值
.
2
吸收率等于1物体称为绝对黑体，简称黑体 二、基尔霍夫辐射定律 在相同的温度下，各种不同物体对同一波长 的单色辐出度与单色吸收率的比值都等于该 温度下黑体在这一波长的单色辐出度。
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19
量h不能小于A，换言之，能够产生光电效
应的入射光的最低频率应满足下列关系
h0 A 或
0
A h
2．对同一种金属来说，光电子的初速度与
入射光的频率成正比，而与入射光的强度
无关
.
11
3．在金属中，一个电子能够一次全部吸收一
个入射光子的能量，只要光子的能量大于金
属的逸出功，则这个电子立即逸出金属表面，
而不需要时间去积累能量
.
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（2）具有光学谐振腔
2．激光的特性
（1）方向性好
（2）单色性好
（3）强度大
（4）相干性好
二、激光生物效应和医学应用
1．激光的生物效应
（1） 激光的热效应
（2） 激光的光化学效应
（3） 激光的机械效应
（4） 激光的电磁场效应
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18
（5） 激光的生物刺激效应 2．激光的医学应用 （1）治疗 （2）诊断 三、生物光学成像 四、光学生物传感器