【VIP专享】1.4光子与电磁场谱
高中物理课件：电磁波谱
2024/1/2
10
讨论：
（1）你是怎么知道有荧 光作用的？
（2）在“非典”非常时期，常 常在教室内开“紫外线灯” 为什么？
2024/1/2
11
利用紫外 线的荧光 作用检验 人民币的 真伪
2024/1/2
12
紫外线杀 菌灯
2024/1/2
13
防紫外线雨伞
2024/1/2
14
六、伦琴射线和γ射线
伦琴射线（X射线）是一 种波长比紫外线更短的不可见 光。
有较强的穿透能力。
比伦琴射线还短的那就 是γ射线。
2024/1/2
15
讨论：
X射线的应用？
2024/1/2
16
X射线照射下的鱼
2024/1/2
17
X 射 线 照 射 下 的 手
2024/1/2
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七、电磁波的能量
电磁波具有能量，电磁波是一种物质
电磁波谱
2024/1/2
1
一、电磁波谱
电磁波谱：按电磁波的波长或频率大小的 顺序把它们排列成谱，叫电磁波谱
由无线电波、红外线、可见光、紫外线、 伦琴射线、γ射线合起来构成范围非常广 阔的电磁波谱
2024/1/2
2
一、电磁波谱
紫靛
2024/1/2
电磁波谱分布示意图
3
一、电磁波谱
2024/1/2
(4)用途:红外摄影、红外遥感技术
2024/1/2
6
2024/1/2
长三角的“热岛”
7
四、可见光 能作用于人的眼睛并引起视觉
的称为可见光，如：红、橙、黄、 绿、蓝、靛、紫各色光。
在电磁波中是一个很窄的波段， （波长为750nm～370nm）。
电磁波谱完整版课件
电磁波谱
1.各种电磁波的共性 (1)它们在本质上都是电磁波，它们遵循相同的规律， 各波段之间的区别并没有绝对的意义. (2)都遵守公式v＝λf，它们在真空中的传播速度都是c＝
3×108 m/s. (3)它们的传播都不需要 介质 . (4)它们都具有反射、 折射 、 衍射和 干涉 的特性.
用
测、加热、
菌、防伪、 探测、 探测、
天体物理
照相
途
红外摄像、
治疗皮肤病 透视、 治疗
研究
等
红外制导
等
治疗
电磁波谱
3.电磁波的能量 电磁波是运动中的 电磁场 ，各种各样的仪器能够探测 到许许多多电磁波，表明电磁波可以传递 能量 .
典例精析 电磁波谱
例4 下面列出一些医疗器械的名称和这些器械运用的 物理现象，请将相应的字母填写在运用这种现象的医疗 器械后面的空格上. (1)X光机， . (2)紫外线灯， . (3)理疗医用“神灯”照射伤口，可使伤口愈合得较好. 这里的“神灯”是利用 .
典例精析 电磁波谱
A.光的全反射 B.紫外线具有很强的荧光作用 C.紫外线具有杀菌消毒作用 D.X射线有很强的贯穿力 E.红外线具有显著的热效应 F.红外线波长较长，易发生衍射
典例精析 电磁波谱
解析 (1)X光机是用来透视人体内部器官的，因此需要 具有较强穿透力的电磁波，但又不能对人体造成太大 的伤害，因此采用了穿透能力比较强又不会给人体造 成太大的伤害的X射线，故选择D. (2)紫外线灯主要是用来杀菌的，因此它应用的是紫外 线的杀菌作用而非荧光作用，故选择C.
电磁波谱
2.不同电磁波的特点及应用
无线电 红外 可见 紫外
电磁波谱
X射线
光的电磁说电磁波谱共17页
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：、自己的饭量自己知道。——苏联
高考物理科普电磁波与电磁谱
高考物理科普电磁波与电磁谱高考物理科普：电磁波与电磁谱在物理学中，电磁波是指以电和磁的形式传播的一种能量。
电磁波的传播速度是光速，即每秒30万公里。
电磁波有很多种，形成了电磁谱。
本文将介绍电磁波的特性与分类，并分析电磁谱的组成。
一、电磁波的特性电磁波既具有粒子性又具有波动性。
在电磁波传播过程中，既能看作是由粒子（光子）组成的，也能看作是一种具有波动性质（能量和动量都以波动的形式传播）的电磁波。
即光既是粒子又是波动。
电磁波的特性还包括频率、波长和振幅。
频率指的是单位时间内电磁波的周期数，用赫兹（Hz）表示。
波长是电磁波在媒质中传播一个周期所需要的最小距离，用米（m）表示。
振幅则是指电磁波的最大位移或能量。
二、电磁波的分类根据电磁波频率的不同，可以将电磁波分为不同的种类，形成了电磁谱。
电磁谱从频率低到高分别包括了无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
1. 无线电波无线电波的频率范围在几十赫兹到几百千赫兹之间，波长范围在几千千米到几米之间。
无线电波的一个重要应用是通信，如广播和无线电通讯。
2. 微波微波的频率范围为几百兆赫兹到几十千赫兹，波长范围在几十厘米到几毫米之间。
微波的应用广泛，包括雷达、微波炉等。
3. 红外线红外线的频率范围在几百千赫兹到几千千赫兹之间，波长范围在几百微米到几纳米之间。
红外线的应用十分广泛，如红外线测温、红外线通信等。
4. 可见光可见光是人眼能够看到的电磁波，频率范围在几百千赫兹到几千千赫兹之间，对应的波长范围在400纳米到700纳米之间。
可见光在人类的生活中起着极其重要的作用。
5. 紫外线紫外线的频率范围在几千千赫兹到几十千赫兹之间，波长范围在10纳米到400纳米之间。
紫外线可以杀菌和用于紫外线吸收剂的研究等。
6. X射线X射线的频率范围在几十千赫兹到几亿千赫兹之间，波长范围在几纳米到几皮米之间。
X射线广泛应用于医学影像学、材料分析等领域。
7. γ射线γ射线是频率最高的电磁波，其频率范围在几百千赫兹以上，波长范围在几皮米以下。
高中物理选修1-1《电磁波谱》PPT课件一等奖新名师优质课获奖比赛公开课
一、波长、周期、频率和波速 水波旳涟漪，音乐旳律动，光旳缤纷色彩，他们 有共同之处吗？ 波动
例如：水波
1、波长（λ）：相邻两个波峰（波谷）旳距离。
单位：米（m）
2、周期（T）：波峰（波谷）传播一种波长旳距离 所用旳时间。 单位是秒（s)
3、频率（f）：1s内波峰（波谷）经过旳次数。 单位是赫兹(Hz)
f不变
2、电磁波谱 按电磁波旳波长或频率大小旳顺序把它们排 列成谱，叫电磁波谱。
（1）无线电波 ①波长不小于1mm频率不大于 ②分为：长波、中3波0、00短0波0M和H微z波
（1）长波（LW） 特点：长波合适沿地球表面附近旳空间传 播。传播距离远，稳定性和抗干扰性好。 缺陷：发射长波旳设备庞大，造价高。所 以长波极少用于无线电广播，目前，我国 没有民用长波广播电台。 应用：长波多用于超远程无线电通信、潜 艇、远洋航行旳通信、导航等。 （2）中波（MW） 特点：白天中波被电离层几乎全部吸收， 所以，合适沿地球表面附近旳空间传播， 晚上可依托电离层旳反射来传播。 应用：中波多用于城市广播、电报通信。
“CT”机利用X射线 进行扫描成像
例与练
• 8、有些动物夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰 在夜间却有很好旳视力。其原因是（ ）
• A．不需要光线，也能看到目旳 • B．本身眼睛发光，照亮搜索目旳 • C．可对红外线产生视觉 • D．可对紫外线产生视觉
猫头鹰对红外 线产生视觉
1MHz 106 Hz
4、波速（v）：波传播旳快慢。
单位是（ m / s ）
1、电磁波旳波速、波长和频率
（2）波长λ
v λ
1、电磁波波速、波长和频率
（2）波长λ
v λ
1、波速、波长和频率旳关系
电磁波和光谱
电磁波的传播特性
电磁波的传播速度与光速相同 电磁波的传播不受介质限制 电磁波的传播方向与电场和磁场的方向相互垂直 电磁波的传播过程中能量随距离的增加而衰减
电磁波的分类
无线电波：波 长较长，频率 较低，传播距
离较远
微波：波长较 短，频率较高， 常用于通信、
雷达等领域
红外线：波长 较长，频率较 高，常用于红 外成像、测温
电磁波和光谱的 未来发展
新型电磁波源的研究
简介：新型电磁波源是当前研究的 热点，旨在探索新的电磁波产生机 制和应用领域。
发展趋势：随着科技的不断进步，新 型电磁波源的研究将更加深入，有望 在通信、医疗、能源等领域发挥重要 作用。
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研究内容：新型电磁波源的研究涉及 多个领域，包括物理、材料科学、信 息科学等，旨在开发高效、稳定、可 控的新型电磁波源。
物质分析中的应用
红外光谱法：用于检测分子结构和 化学键
拉曼光谱法：用于研究分子振动和 转动
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紫外可见光谱法：用于分析物质的 组成和浓度
X射线衍射法：用于测定晶体结构 利用电磁波和光谱技术观测遥远的天体，了解宇宙的起源、演化和结构。 研究天体物理：通过分析天体的光谱，研究天体的物理性质，如温度、密度、压力和化学成分等。 探测行星大气：利用光谱分析技术探测行星大气中的分子和化学成分，了解行星的气候和环境。 寻找外星生命：通过分析遥远行星的光谱，寻找外星生命的迹象，探索宇宙中生命的起源和演化。
添加标题
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光谱的表示方法：光谱图和光谱曲 线
光谱的分类
发射光谱：物体发光直接产生的光谱 吸收光谱：物体在加热或光照下吸收特定波长的光而产生的光谱 散射光谱：光通过介质时因散射而产生的光谱 连续光谱：包含各种波长的光且波长连续分布的光谱
电磁波谱 课件
例2 类比是一种有效的学习方法，通过归类和比较，有助于掌握新知识， 提高学习效率.在类比过程中，既要找出共同之处，又要抓住不同之处.某 同学对机械波和电磁波进行类比，总结出下列内容，其中不正确的是 A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用 B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象 C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播
(2)介质对传播速度的影响不同 ①机械波的传播速度由介质决定，即同种介质、不同频率的机械波传播 速度相同，与频率无关. ②电磁波在真空中传播速度相同，均为3×108 m/s.在同种介质中不同频 率的电磁波传播速度不同，频率越大传播速度越小. ③机械波不能在真空中传播，电磁波能在真空中传播. ④电磁波是横波，机械波既有横波，也有纵波.
的电场 C.变化的电场产生的磁场一定是变化的
√D.振荡的电场周围空间产生的磁场也是振荡的
二、电磁波的特点及与机械波的区别
1.电磁波与机械波的相同点 (1)都有波的一切特性，如：都能产生反射、折射、干涉、衍射等现象. (2)波速、波长、频率之间具有同样的关系v＝λf. 2.电磁波与机械波的不同点 (1)产生机理不同，机械波是由机械振动产生的；电磁波是由周期性变化 的电磁场产生的.
例4 (多选)下列有关电磁波的说法中正确的是 A.电磁波谱中最难发生衍射的是无线电波 B.医院常用X光检查人体，这是利用了X射线的荧光效应
√C.频率大于可见光的电磁波表现为沿直线传播 √D.雷达用的是微波，因为微波传播的直线性好
麦克斯韦电磁场理论 变化的磁场产生电场 变化的电场产生磁场
麦克斯韦 预言了电磁波，提出了光的电磁说
电
电磁波
电磁场：变化的电场和变化的磁场不可分割
磁
波 的发现 电磁波 电磁波：电磁场 由近及远向外传播
物理学中的电磁波和光的电磁谱
物理学中的电磁波和光的电磁谱电磁波是指由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传递的形式。
电磁波的波长和频率决定了它们的性质和用途。
而电磁谱是将电磁波按照频率或波长进行分类和组织的一种工具，用于描述电磁波的不同区域和特征。
本文将介绍物理学中的电磁波和光的电磁谱。
1. 电磁波和其特性电磁波是一种横波，由电场和磁场相互垂直振动而传播。
它们可以在真空和物质介质中传播，速度为光速。
根据波长和频率的不同，电磁波可分为射线、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
这些电磁波在生活中有着广泛的应用，例如射线在医学上被用于诊断和治疗，可见光使我们能够看到周围的世界。
2. 电磁谱的分类和特征电磁谱是将电磁波按照频率或波长进行分类和组织的一种工具。
它将电磁波分为不同的区域，每个区域都有着特定的特征和应用。
以下是电磁谱的分类和特征：- 射线和无线电波区域：这个区域包括了波长极长的电磁波，如无线电波和微波。
它们主要用于无线通信、广播和雷达等应用。
- 红外线和可见光区域：这个区域包括了波长较短的电磁波，如红外线和可见光。
红外线被广泛应用于红外摄像机、热成像和红外线烘烤等领域。
可见光是人眼可以感知的电磁波，它具有不同的波长对应于不同的颜色。
- 紫外线区域：紫外线具有更短的波长，具有较高的能量。
它被广泛应用于紫外线杀菌、紫外线固化以及数码产品中的白色LED背光等。
- X射线和γ射线区域：这个区域包括了波长最短的电磁波，如X射线和γ射线。
它们具有很高的穿透力，被广泛应用于医学诊断、工业探伤和核能研究等领域。
电磁谱的分类和特征使得科学家和工程师能够更好地理解和利用电磁波的性质和用途。
通过选择不同的电磁波区域，可以实现不同的功能和目标。
总结：电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种能量传递的形式。
电磁谱是将电磁波按照频率或波长进行分类和组织的一种工具，用于描述电磁波的不同区域和特征。
电磁波和光的电磁谱在科学研究、通信、医学和工业等领域有着广泛的应用。
电磁波谱知识：电磁波谱——光与物质的相互作用
电磁波谱知识：电磁波谱——光与物质的相互作用电磁波谱是一个非常重要的概念，描述了电磁波的性质和特点，以及光与物质之间的相互作用。
在这篇文章中，我们将深入探讨电磁波谱，并讨论它的应用。
电磁波是一种由电场和磁场交替振荡、传播的波动现象。
电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
电磁波谱是将这些电磁波按照波长和频率的大小分成不同的区间，并以此来描述其性质和特点。
电磁波是通过电磁场的变化产生的。
当电流通过导线时，会产生相应的磁场。
这个磁场又会引起电场的变化，这种电场的变化会引起磁场的改变，从而形成了电磁波。
这种波动性质使得电磁波在空间中可以自由传播，同时也可以传输信息和能量。
电磁波谱按照波长大小可以分为七个区域：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
其中，波长较长的电磁波谱区域包括无线电波和微波，这些电磁波可以用来进行通信和雷达测量等。
波长较短的电磁波谱区域则包括紫外线、X射线和伽马射线等，这些电磁波可以用于医学成像和材料检验等。
看不见的电磁波却有着无处不在的作用。
比如，我们用手机和电视接收器接收无线电波，而这些无线电波有助于通信和传输媒体的信息。
医学领域也广泛应用电磁波。
在医学成像中，X射线只需照射病人，就能看到体内的病灶和骨骼结构。
紫外线也有杀菌和测量的用处，甚至还可以通过红外线观察地球和其他行星的特征。
在物质与电磁波相互作用中，可以通过光谱分析物质。
当电磁波与物质作用时，它们可能会被反射、透射或吸收。
如果电磁波被吸收，就会发生能量转换，而这种能量转换可以被用来确定物体的化学成分和结构。
这种现象被称为光谱分析。
根据物质吸收电磁波的特点，人们可以用它来进行化学分析。
这种技术被广泛地用于制药、材料科学和天文学等领域。
例如，在天文学中，人们用光谱来探测远处星系和行星的组成，包括它们的化学成分、温度、压力、速度等。
总之，电磁波谱对于科学的发现和技术的发展都发挥了重要作用。
大学物理基础知识电磁波与电磁谱
大学物理基础知识电磁波与电磁谱电磁波与电磁谱电磁波是宇宙中广泛存在的物理现象，它是由电场和磁场通过空间传播而形成的一种波动现象。
电磁波具有多样化的特性和应用，而电磁谱则是对电磁波的一种分类和描述方式。
一、电磁波的基本概念电磁波是由变化的电场和磁场相互作用而产生的波动现象。
电磁波的传播速度是光速，即每秒约30万公里。
电磁波可以分为多个频段，其中包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
二、电磁波的特性1.频率和波长：电磁波的频率与波长成反比，即频率越高，波长越短。
频率是指单位时间内波峰通过的次数，用赫兹（Hz）表示，而波长是指连续两个波峰之间的距离，用米（m）表示。
2.幅度和能量：电磁波的幅度表示波动的振幅大小，而能量则与幅度相关，即能量与波动的振幅大小成正比。
3.传播速度：电磁波的传播速度是恒定不变的，即光速，约为每秒30万公里。
三、电磁谱的分类电磁谱是对电磁波进行分类和描述的方式，根据频率和波长的不同，电磁谱可以分为以下几个主要部分：1.无线电波：无线电波是频率最低、波长最长的电磁波，被广泛用于通信、广播和雷达等领域。
2.微波：微波的频率相对较高，波长较短，主要用于雷达、微波炉等应用。
3.红外线：红外线是介于可见光和微波之间的电磁波，被广泛应用于红外线摄像、遥控器和红外线热成像等领域。
4.可见光：可见光是人眼能够看到的一种电磁波，包括从红色到紫色的一系列颜色。
可见光被广泛应用于照明、显示器等领域。
5.紫外线：紫外线的频率高于可见光，波长相对较短，对人体有一定的辐射危害。
紫外线被应用于紫外线灯、紫外线杀菌等领域。
6.X射线和γ射线：X射线和γ射线具有很高的频率和能量，对物质具有穿透性，被广泛应用于医学影像学、材料检测等领域。
四、电磁波的应用电磁波广泛应用于生活和科技的多个领域，其中一些主要应用包括：1.通信：无线电波和微波被用于无线通信领域，如手机、电视和无线网络等。
2.医学：X射线和γ射线被用于医学影像学，如X光检查和放射治疗等。
光子理论知识点总结
光子理论知识点总结光子理论是描述光的基本粒子的量子力学理论，它解释了光的行为和性质。
光子理论的发展对于电磁学和量子力学的发展起了关键作用。
在这篇文章中，我们将介绍光子的基本概念、光子的性质和行为，以及光子在不同领域的应用。
光子的基本概念光子是光电磁场的基本粒子，也是电磁场相互作用的传递者。
光子的量子数是其能量和动量。
根据普朗克量子理论，光子的能量和频率成正比，其能量公式为E=hf，其中E为光子的能量，h为普朗克常数，f为光的频率。
光子的性质1. 光子是不带电的粒子：光子没有电荷，因此它不受电磁场的作用，也不产生电磁场。
2. 光子是波粒二象性的体现：光子既可以表现为波动，也可以表现为粒子。
这一性质在实验中得到了充分的验证，光子可以表现出干涉和衍射的现象，同时又能够和物质粒子发生碰撞。
3. 光子的能量是量子化的：光子的能量只能取离散的数值，这体现了能量在量子力学中的离散性质。
4. 光子的速度是光速：光子在真空中的速度是常数c，即光速。
光速是绝对不变的，这也是相对论的基本假设之一。
光子的行为1. 光子的发射和吸收：光子的发射和吸收是光的基本现象。
当原子或分子处于高能级时，它们可以通过发射光子来释放能量；当原子或分子吸收光子时，它们会被激发到更高的能级。
2. 光子的传播：光子通过电磁场的相互作用传播。
在真空中，光子的速度是常数，光子可以沿直线传播，也可以发生反射、折射等现象。
3. 光子的相互作用：光子与物质粒子的相互作用是量子力学的重要研究对象。
通过这种相互作用，我们可以了解光的性质、光的激发和退激发过程，以及光与物质的相互作用。
光子在不同领域的应用1. 光子在光学领域的应用：光子在光学领域有着广泛的应用，包括激光、光纤通信、光学仪器等。
激光是一种高亮度、高相干性的光束，它在医学、材料加工、通信等领域都有重要的应用。
2. 光子在半导体电子学中的应用：在半导体电子学中，光子可以激发出电子-空穴对，产生光电流和光电压，从而实现光探测器、光电转换器等器件。
光子和电磁场
光子和电磁场光子和电磁场是现代物理学中重要的概念，它们对于我们理解光的性质和电磁现象起着至关重要的作用。
光子是量子力学中的基本粒子，而电磁场是由电荷引起的一种物质对空间的影响。
首先，让我们从光子开始。
光子是光的基本单位，也就是说光是由许多光子组成的。
光子是一种没有质量但具有能量和动量的粒子。
它们以光速在真空中传播，并且遵循波粒二象性。
换句话说，在一些实验中，光表现出波动性质，而在另一些实验中，光被看作是由许多粒子组成的。
光子的能量和频率有一个非常有趣的关系。
根据普朗克的能量量子化理论，光的能量是和光的频率成正比的。
这个关系由E=hν来表示，其中E表示光子的能量，h是普朗克常量，ν是光的频率。
这个方程式表明，当光子的能量增加时，光的频率也会增加。
光子在与物质相互作用时有一些有趣的现象。
例如，当光子遇到物质时，会被吸收、反射或散射。
这使得我们可以利用光子来实现光学器件和传感器。
光子还可用于通信和信息技术中的光纤传输。
此外，光子学还被广泛应用于激光和光谱学等领域。
总的来说，光子是现代科学中不可或缺的一个概念。
然后，让我们来看看电磁场。
电磁场是由电荷引起的一种物质对空间的影响。
电荷是物质中一个非常重要的性质，它决定了物质与电磁场之间的相互作用。
电磁场的传播是通过电场和磁场的相互作用完成的。
当电荷移动时，电场和磁场会相互耦合形成电磁波，这就是我们所熟知的光。
电磁场是由电磁力学理论所描述的。
它是一种矢量场，具有方向和大小。
电场是由电荷产生的，而磁场则是由电流产生的。
它们之间的相互作用由麦克斯韦方程组来描述。
这些方程描述了电磁场的生成、传播和相互作用的一些基本规律。
电磁场在许多领域都有广泛的应用。
它被应用于通信、电子设备、能源传输等方面。
我们所使用的电子设备和家用电器都是基于电磁场运作的。
此外，电磁场还可以用于医学上的诊断和治疗，例如核磁共振成像和放射治疗等。
光子和电磁场之间存在着密切的联系。
事实上，光是一种电磁波，是由光子组成的电磁场传播的结果。
光的波动性与电磁谱 (2)
相干性在光学通信、激光技术等领域有着广泛的应用
电磁谱
PART 03
电磁波的分类
电磁波的传播速度：光速，约为300,000公里/秒
电磁波的应用：通信、医疗、科研、军事等领域
电磁波的种类：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线
电磁波的波长和频率：不同种类的电磁波具有不同的波长和频率
电磁波的频率和波长
光子的量子特性
光子是光的基本粒子，具有波粒二象性
光子的统计性质遵循玻色-爱因斯坦统计
光子的能量与频率成正比，与波长成反比
光子的自旋为1，是玻色子
光子的动量与波长成正比，与频率成反比
量子光学的基本概念和原理
光的波粒二象性：光既具有波动性又具有量子性，这两种性质是光的基本属性。
量子光学的基本原理：光的波动性和量子性是光的基本属性，它们之间的关系可以通过量子光学的基本原理来描述。
科学研究：射电望远镜、光谱仪等用于天文学、物理学等科学研究
通信：无线电波、微波、光波等用于通信
医疗：X射线、γ射线等用于医学诊断和治疗
光的电磁理论
PART 04
麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组是描述电磁场与电荷和电流之间关系的一组基本方程
麦克斯韦方程组是电磁场理论的基础，为电磁波的发现奠定了基础
麦克斯韦方程组在电磁学和电磁工程领域有着广泛的应用，如电磁波传播、电磁场计算等
由四个方程组成：高斯电场定律、高斯磁场定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定律
电磁波的能量和动量
电磁波的能量：与电磁波的频率和振幅有关
电磁波的能量和动量的应用：通信、雷达、微波等
电磁波的能量和动量的关系：能量和动量守恒
电磁波的动量：与电磁波的频率和波长有关
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1.4 光子与电磁场谱
雷达谱区：波长在毫米量级以上的电磁波
红外波段：波长范围在1um到小于微波波长之间
电磁波
可见波段：波长范围为0.4 ~ 0.7um 紫外区： 光子能量在4-100eV范围内
Байду номын сангаас
X射线： 光子能量在100eV-104eV的电磁辐射 伽玛射线：光子能量大于104eV的电磁辐射
光电科学与工程学院
根据电磁场理论，I c0E如02 /果2 增加光强，金属中的电子受到 更大的电场力作用，应观测到更大的遏制电压。
实验结果是:增加光强只是增加了电路中的电流，而遏制电 势没有变化；遏制电势与入射光的频率成线性减小关系 。
1905年爱因斯坦提出了光的能量量子概念，后来定义为 光子。
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1.4 光子与电磁场谱
1 –4
Photon and Electromagnetic Field Spectrum
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1.4 光子与电磁场谱
均匀介质直线传播定律
光传播的三个基本定律： 反射定律
折射定律
牛顿的光的微粒说
经典力学
惠更斯和胡克的波动说
托马斯杨的双孔干涉实验 菲涅耳的衍射理论
1865年麦克斯韦建立了电磁场理论使人们对光的波
1.4 光子与电磁场谱
根据狭义相对论理论，光子没有静止质量，但具有 非零动量，光子的动量p与能量E满足如下关系：
p E/c
由E=hf有：
p hf h hk
c
因为光的能流方向为光的传播方向，亦是光子运动
方向，故光子的动量方向也是光的传播方向，因此
将光子动量写为矢量pv形式hkv：
(1.95)
动性的认识建立在坚实的物理基础之上。
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1.4 光子与电磁场谱
光电效应：光照射在金属表面产生电子的现象称为 光电效应。 光电效应实验装置:
两级之间加以偏置电压 ，提供了一个制遏电势， 光电效应实验装置 通过测量遏制电势而得到由光作用 产生的电子的动能。
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1.4 光子与电磁场谱
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1.4 光子与电磁场谱
光压：光束被物体反射或吸收时，其光子束的动量
将传给物体而产生的光辐射压力。
光强为 I光束，光子通量为 I / h，f 当该光束被物体反
射时，产生光压为：
P I (2 h ) 2I
hf c
被物体完全吸收时光压为：
P I (h) I
hf c
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1.4 光子与电磁场谱
雷达谱区：波长在毫米量级以上的电磁波
红外波段：波长范围在1um到小于微波波长之间
电磁波
可见波段：波长范围为0.4 ~ 0.7um 紫外区： 光子能量在4-100eV范围内
X射线： 光子能量在100eV-104eV的电磁辐射 伽玛射线：光子能量大于104eV的电磁辐射
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1.4 光子与电磁场谱
习题答案
1.解：由公式
c f
可知红光600nm和蓝光400nm所对应的频率分别为：
51014 Hz, 7.51014 Hz
然后由光子能量公式 E hf 可知红光和蓝光对应的光子能量分别为：
3.3131019 J , 4.9701019 J
2.解：根据光子通量公式： I / hf
可知当光辐射功率为2mW时，其光子通量为：11017 S 1
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1.4 光子与电磁场谱
习题答案
3.解：根据光压公式：
P I (h) I
hf c
可知当单色光辐射功率为3mW，波长为0.1nm时， 其光压值为：
11011WS / m
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1.4 光子与电磁场谱
本节习题
1.人眼敏感的波长范围大约从 600nm（红光）到 400nm （蓝光），计算这两个波长所对应的频率，以及这 两个波长的红光和蓝光所对应的光子能量？ 2.设一单色电磁波其光束的功率为2.0mW，求当该 电磁辐射波长为红外光波长(10um)时的光子通量？ 3.设一单色电磁波其光束的功率为3mW，求当该电 磁辐射波长为伽马射线波长(0.1nm)时的光压值是 多少？
爱因斯坦的光子基本物理图像是光具有的能量是量 子化的，每一个光子的能量E为：
E hf
上式表明光是量子化的，光束由光子组成，每一个光子的 能量不能再细分。由于光子的能量是确定的，故溢出电子 的初始动能是确定的。
爱因斯坦因为其光量子理论对光电效应的完美解释而获得 1921年诺贝尔物理学奖。
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