03电磁辐射的粒子性-1
电磁辐射原理
电磁辐射原理电磁辐射，作为现代科技的一个重要组成部分，广泛应用于通信、无线电、电力传输等领域。
然而，对于很多人来说，电磁辐射的原理和对人体的影响还是一个相对陌生的概念。
本文将介绍电磁辐射的原理以及它对人体的影响。
一、电磁辐射的定义和特点电磁辐射是指电磁波在空间传播时释放出的能量，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。
电磁波具有波动性和粒子性，既能以波动的形式传播，也能以离散的粒子形式传播。
不同类型的电磁波具有不同的频率和能量，这取决于波长和振动频率。
二、电磁波的辐射原理电磁波的辐射原理基于振荡电荷和加速电荷的存在。
当电荷振荡或者加速时，就会产生电磁波。
具体来说，振荡电荷会产生无线电波和微波，例如手机信号和无线局域网络；加速电荷则会产生紫外线、X射线和γ射线，这些电磁波被广泛应用于放射医学和诊断工作中。
三、电磁辐射对人体的影响电磁辐射对人体有一定的影响，主要体现在两个方面：热效应和非热效应。
1. 热效应电磁辐射可以引起物质内部的热能产生。
当人体暴露在高强度的电磁辐射下，其中的能量会被吸收，导致组织升温。
长期暴露在高水平的电磁辐射下可能导致身体的组织和细胞受损。
因此，为了避免这种热效应，一些国家和地区制定了电磁辐射的安全标准，限制了电磁辐射的最大强度。
2. 非热效应除了热效应之外，电磁辐射还可能对生物体产生非热效应。
非热效应是指电磁辐射对细胞和基因的直接影响，而不是通过升温产生的影响。
目前，科学家们正在努力研究电磁辐射对生物体的非热效应，特别是对人类健康的潜在影响。
虽然尚未完全确认非热效应是否会对人体产生负面影响，但一些研究表明，长期暴露在电磁辐射中可能导致DNA损伤、生殖问题、免疫系统紊乱等。
四、减少电磁辐射的暴露尽管电磁辐射对人体的潜在影响尚未完全确认，但我们可以采取一些措施来减少暴露在电磁辐射下的风险。
以下是一些简单的建议：1. 确保通讯设备的远离身体：尽量避免将手机等通讯设备直接接触到身体。
2光学分析法概述
习题2：用刻有2000条/mm的光栅来色散Li的460.20nm和460.30nm 两条谱线(一级谱线)，计算光栅的分辨率和宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
2.3 光学分析法分类
光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱 旋 光 法
X 射 线 荧 光 光 谱
紫 外 可 见 光 谱 法
分子光谱
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
原 子 吸 收 光 谱
IRIS Advantage 中阶梯光栅 分光系统（实物图）
2.4 光 谱 法 仪 器
五. 狭缝：
构成：狭 缝 是两片 经过 精密加工、具有 锐 利 边缘 的金属 组 成。两片金属处于相同平面上且相互平行。入射狭 缝可看作是一个光源。 整个 单 色器的分辨能力除与分光元件的色散率有关 外，还与狭缝宽度有关。 有效带宽S：指单色器出射狭缝的辐射波长区间宽度。
Ø 应 根据 样 品性 质 和分析要求确定狭 缝宽 度。并通 过 条
件优化确定最佳狭缝宽度。
2.4 光 谱 法 仪 器
六. 吸收池： 光源与试样相互作用的场所，一般由透明材 料制成。如： 紫外光区：石英材料 可见光区：硅酸盐玻璃 红外光区：NaCl、KBr等晶体
2.4 光 谱 法 仪 器
七. 检测器：
2.3 光学分析法分类
A. 吸收光谱法： 原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、红外吸收光谱、 核磁共振等 B. 发射光谱法： 原子发射光谱、原子荧光光谱、分子荧光光谱、X射线 荧光光谱等 C. 散射光谱法： 拉曼光谱等
电磁辐射的产生与传播特性分析
电磁辐射的产生与传播特性分析电磁辐射是一种广泛存在于我们周围的物理现象，它的产生与传播特性对我们的生活和健康有着重要的影响。
本文将从电磁辐射的产生机制、传播特性以及对人体的影响三个方面进行分析。
首先，我们来了解电磁辐射的产生机制。
电磁辐射是由电磁波产生的，而电磁波又是由电场和磁场相互作用而产生的。
当电荷在空间中运动时，就会产生电场和磁场，并随着时间的变化而产生变化的电磁场。
这种变化的电磁场以波的形式传播出去，形成电磁波，从而产生电磁辐射。
接下来，我们来探讨电磁辐射的传播特性。
电磁辐射具有波动性和粒子性的双重特性。
从波动性来看，电磁辐射具有频率和波长的概念。
频率越高，波长越短，能量越大。
电磁辐射的传播速度是光速，即30万公里每秒。
从粒子性来看，电磁辐射由许多微粒组成，这些微粒称为光子。
光子具有能量和动量，它们在空间中传播，并与物质相互作用。
电磁辐射的传播路径主要有两种：自由空间传播和介质传播。
在自由空间中，电磁波的传播速度是最快的，不受任何物质的影响。
而在介质中，电磁波会与介质中的原子和分子相互作用，导致电磁波的传播速度减慢，并发生折射、反射和散射等现象。
最后，我们来探讨电磁辐射对人体的影响。
电磁辐射广泛存在于我们的生活中，如电视、手机、微波炉等设备都会产生电磁辐射。
长期接触高强度的电磁辐射可能对人体健康造成一定的影响。
例如，长时间使用手机会导致头部局部温度升高，引起头痛、头晕等不适症状。
此外，一些研究还发现，长期暴露在辐射强度较高的环境中，可能会增加患白血病、肿瘤等疾病的风险。
因此，我们在使用电子设备时应该注意减少接触高强度的电磁辐射，保护自己的健康。
总结起来，电磁辐射的产生与传播特性对我们的生活和健康有着重要的影响。
了解电磁辐射的产生机制和传播特性，有助于我们更好地应对电磁辐射对人体的影响。
在现代社会中，电磁辐射无法完全避免，但我们可以通过科学合理地使用电子设备，减少接触高强度的电磁辐射，保护自己的健康。
电磁波粒子性的体现
电磁波粒子性的体现
电磁波有多种形态，它们可以用来传播信息，是科学仪器的重要组成部分，也是电力线路中载体的载体。
有时，它们可以表现为粒子，这表明它们具有粒子的性质。
在这篇文章中，我们将讨论电磁波粒子性的体现。
首先，电磁波粒子性体现在它具有动量和能量的特性上。
动量是电磁波在空间中移动时所具有的数量；能量是电磁波具有的活动性，也就是它们具有能力改变和传导信息的能力。
其次，电磁波粒子性体现在它通过碰撞传播的特性上。
碰撞是两个物体间的快速碰撞，当电磁波粒子相互碰撞时，它们可以向四周传播，从而传播信号。
第三，电磁波粒子性体现在它们可以穿过障碍物并传播到较远处的特性上。
由于电磁波粒子具有特殊的物理特性，它们可以穿过各种障碍物，诸如空气，水，岩石等，因此可以传播到较远的距离。
总的来说，电磁波粒子性体现在它拥有动量和能量特性，可以通过碰撞传播，并且可以穿过障碍物并传播到较远的距离。
由此可见，电磁波粒子具有独特的物理性质，因此它们可以在自然界中产生各种有用的功能，如无线电波和电磁辐射，这些功能将给人类带来无穷的福祉。
遥感导论 电磁波及电磁辐射特性.
1.电磁波及其特性 2.电磁波谱 3.电磁波的传播特性 4.物质的电磁辐射特性 5.电磁辐射的物理和化学效应 6.电磁辐射度量 7. 光度的基本物理量 8. 辐射交换过程中的物理量 9. 辐射度与光度中的基本定律 10. 基尔霍夫定律的导出 11. 物体的温度
《遥感技术与应用》武汉大学资源与环境学院
实验室条件下的光谱测试分析技术与遥感电磁辐 射探测分析技术的异同： ¾ 基本物理原理相同。
但遥感是远距离探测，而且是对野外实地目标的探测， 因此二者在对目标物光谱探测的精细程度上有很大的 差别。此外，远距离探测还存在尺度效应(探测单元的 尺度不同引起的辐射特性的变化)、大气效应(大气层对 辐射传输的影响)等现象，由此带来电磁辐射的某些物 理规律、定理的适应性的变化，需要研究一些新的理 论和分析方法以适应这种变化。
《遥感技术与应用》武汉大学资源与环境学院
《遥感技术与应用》武汉大学资源与环境学院
介质吸收
散射效应 在不均匀介质中(存在微粒质点、分子涨落等)， 电磁波偏离原来传播方向而向各个方向散开的 现象称为散射。
在遥感中电磁辐射要通过厚厚的大气层，产生严重的散 射。因此散射是遥感的一个非常重要的概念。 散射的成因与介质的不均匀性 有关。介质的不均匀性可以是 由胶体(如大气中的气溶胶)、 烟、雾、灰尘等悬浮质点导 致，也可以是由分子热运动造 成的密度局部涨落产生。后者 引起的散射称为分子散射。
《遥感技术与应用》武汉大学资源与环境学院
干涉：两列或两列以上(离散)的波，因波的迭加 而引起传播的交迭区域内振动强度重新分布 (加强或削弱)的现象称为波的干涉。
相干条件：两列波的频率相同、存在相互平行的振动矢 量以及相位差稳定。稳定的相位差这一条只对微观客 体发射的电磁波是必要的。微波遥感中的SAR和InSAR (干涉雷达)都用到干涉。
光的波动性与粒子性解密光的量子性质
光的波动性与粒子性解密光的量子性质光，作为电磁辐射的一种，既具有波动性，又具有粒子性。
这一奇妙的双重性质在近代物理学研究中引起了广泛的关注与深入的探索。
本文将对光的波动性和粒子性进行解密，从而揭示光的量子性质。
一. 光的波动性光的波动性是指光的传播具有波动性质。
在光学研究发展初期，科学家们通过一系列实验观察到了光的干涉、衍射、折射等现象，这些现象都表明光是一种波动形式的电磁辐射。
比如Young实验证明了光的干涉，Fresnel衍射实验证明了光的波动性质。
光的波动性还可以通过光的频率和波长来描述。
频率指的是光波的振动次数，波长指的是在单位时间内光波传播的距离。
根据波长不同，人类眼睛能够感知到的光被分为不同的颜色，从红光到紫光波长逐渐减小。
二. 光的粒子性光的粒子性是指光的传播具有粒子-光子的性质。
20世纪初，物理学家爱因斯坦提出了“光子”这个概念，将光和具有粒子性质的物质进行了统一。
根据光的粒子性，光可以看作是由一连串的光子组成的，每个光子携带一定的能量。
光的粒子性的最有力的证据是光电效应。
根据光电效应，当光照射到金属上时，光子与金属表面的电子发生相互作用，使电子从金属表面被抽离出来。
这一过程表明光具有粒子性，并揭示了光的量子性质。
三. 光的量子性质光的量子性质是指光的能量具有离散化的特征。
根据量子力学理论，光的能量以量子的形式存在，能量的最小单位为光子。
光子的能量与光波的频率有直接关系，能量等于光波频率乘以一个常数h，即E = hν（E代表能量，ν代表频率，h为普朗克常数）。
光的量子性在现代技术和应用中具有广泛的应用价值。
量子光学技术利用光的量子特性，实现了高精度的测量、超高速通信和量子计算等。
光通信中的光纤传输、光存储技术等都离不开对光的量子性的充分理解和应用。
结论光既具有波动性，又具有粒子性，这种波粒二象性是光量子性质的基础。
光的波动性表现为干涉、衍射等波动现象，而光的粒子性通过光电效应得到验证。
电磁辐射具有波粒二象性
电磁辐射具有波粒二象性电磁辐射是一种与物质相互作用的电磁波，具有波动性和粒子性的特征。
在物理学中，电磁辐射被描述为具有波粒二象性的现象。
本文将探讨电磁辐射波粒二象性的基本概念、背景和应用，以及相关的研究。
首先，让我们深入了解一下电磁波的波动性。
根据传统的电磁波理论，电磁辐射是通过交替的电场和磁场的振荡传播的。
这种波动性可以通过频率、波长和振幅等参数来描述。
电磁波可以分为不同的频段，包括射频、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
波动性的概念主要适用于描述电场和磁场的传播方式和波动特性。
然而，当电磁波与物质相互作用时，它也表现出粒子性特征。
在光作用下，对光敏材料进行照射时，光的能量以一个离散的、不可分割的方式被转移给物质中的电子。
这种现象被称为光电效应，它证明了电磁辐射具有粒子性质。
根据量子理论，光被视为由一连串的粒子，即光子组成。
进一步探讨电磁辐射波粒二象性的实验基础可以追溯到20世纪初的德布罗意和爱因斯坦的研究。
根据德布罗意的假设，在运动的粒子具有波动性，对于具有动量p的粒子，其波长与物质波的波长有关，如下所示：λ = h / p其中，λ代表物质波的波长，h为普朗克常量，p为粒子的动量。
这个公式表明，波长与动量存在一个倒数的关系。
实验证明，通过对电子、中子和其他微观粒子进行干涉和衍射实验，这一理论成立。
另一方面，爱因斯坦通过研究光电效应，更加深化了电磁辐射波粒二象性的理解。
他提出了光子的概念，即光作为一种粒子的性质传播。
根据爱因斯坦的理论，光子的能量由下式给出：E = hν其中，E代表光子的能量，ν为光的频率。
这一理论解释了光电效应现象，为电磁辐射的波粒二象性提供了重要的实验支持。
电磁辐射波粒二象性的发现对现代物理学和应用产生了深远的影响。
在微观物体尺度下，粒子性更加显著，而在宏观尺度下，波动性更加明显。
这一思想被应用于量子力学的发展中，为科学家提供了理解和解释微观世界行为的框架。
除了理论领域的应用，电磁辐射波粒二象性还广泛应用于技术和工程领域。
定量遥感-第三章辐射传输方程-1
z
0 z
z
0
uL (z)G(z, ) dz
其中 uL为叶面积密度。
在植被中，dτ与dz关系如何？ 以平面平行大气为例，比尔定律具体表达式？23
7.平面平行 (plane parallel)介质
对于平面平行大气，且忽略大气中的多次散 射和发射，则传输方程为：
dI I d
其中 μ = cosθ，τ 是光学厚度(此时已是垂直计量) 。
注意μ ，多数情况下，它会代替θ在辐射传输中出现
22
7.平面平行 (plane parallel)介质
• 对于平面平行大气，τ 的定义为由大气某 处向大气上界测量的垂直光学厚度：
(z)
z
kdz '
大气 植被冠层
• 对于水平均一植被， τ 的定 义为由冠层表面向下测量到z处的 垂直光学厚度：
忽略多次散射和发射的增量贡献，辐射 传输方程可以简化为：
dI I kds
如何获得任意厚度s处的辐射强度？
16
5.比尔-布格-朗伯定律
dI I kds
dI kds I
边界条件： s=0处的入射强度为Iλ(0)
则在s1处，其射出强度可以通过对上式积分获得
dI I k ds
2
1.Maxwell方程组与辐射传输方程
麦克斯韦方程组描述了电磁场的基本规律
• 电场特性 • 变化电场激发磁场 • 磁场特性 • 变化磁场激发电场
一般而言，波长较长的电磁波波动性较为突 出。短波部分干涉与衍射等波动现象则不明显， 而更多地表现为粒子性。
3
1.Maxwell方程组与辐射传输方程
在光学和热红外遥感领域，为方便和直观起见， 常用辐射传输方程描述电磁波与介质的相互作用。部 分辐射传输方程加入了反映波动性的修正因子。 VRT
大学物理知识总结习题答案(第十章)量子物理基础
第十章 量子物理基础本章提要1． 光的量子性· 物体由于自身具有一定温度而以电磁波的形式向周围发射能量的现象称热辐射。
· 在任何温度下都能全部吸收照射到它表面上的各种波长的光（电磁波），则这种物体称为绝对黑体，简称黑体。
· 单位时间内物体单位表面积发出的包括所有波长在内的电磁波的辐射功率，称为辐射出射度。
2． 维恩位移定律· 在不同的热力学温度T 下，单色辐射本领的实验曲线存在一个峰值波长λm ，维恩从热力学理论导出T 和λm 满足如下关系λm T b =其中b 是维恩常量。
3． 斯忒藩—玻尔兹曼定律· 斯忒藩—玻尔兹曼定律表明黑体的辐射出射度M 与温T 的关系4T M σ=其中s 为斯忒藩—玻尔兹曼常量。
对于一般的物体4T M εσ=e 称发射率。
4． 黑体辐射· 黑体辐射不是连续地辐射能量，而是一份份地辐射能量，并且每一份能量与电磁波的频率ν成正比，这种能量分立的现象被称为能量的量子化，每一份最小能量E hv =被称为一个量子。
黑体辐射的能量为E nhv =，其中n ＝1，2，3，…，等正整数，h 为普朗克常数。
· 普朗克黑体辐射公式简称普朗克公式25/λ2πhc 1()λ1hc kT M T e l =-· 光是以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称光子。
· 一个光子具有的能量为νh E =。
5． 粒子的波动性· 德布罗意认为实物粒子也具有波粒二象性，它的能量E 、动量p 跟和它相联系的波的频率ν、波长λ满足以下关系2E mc h ν==λh p m u == 这两个公式称为德布罗意公式或德布罗意假设。
与实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波。
· x x p D D ?h 或者E t D D ?h 这一关系叫做不确定关系。
其中为位置不确定量、动量不确定量、能量不确定量、时间不确定量。
电磁辐射的波动与粒子特性
电磁辐射的波动与粒子特性电磁辐射，作为一种常见的物理现象，是人们生活中无法回避的一部分。
从太阳的辐射到手机、电视的电磁波，电磁辐射无处不在。
然而，电磁辐射究竟是如何波动并同时具备粒子特性的呢？首先，我们来了解一下电磁辐射的波动特性。
根据电磁学的基本原理，电磁波是由变化的电场和磁场相互作用产生的。
电磁辐射的波动特性可以用传播的正弦波来描述，其振幅、频率和波长决定了电磁辐射的不同特性。
振幅表示电磁辐射的强弱，频率决定了电磁辐射的能量大小，而波长则代表了波的传播速度和距离。
不同频率和波长的电磁辐射，对生命体产生的影响也不尽相同。
但是，仅仅以波动特性来解释电磁辐射的现象是不足够的。
麦克斯韦方程组的发现揭示了电磁辐射的粒子特性。
根据普朗克和爱因斯坦的量子理论，电磁辐射可以被看作是一种由光子组成的粒子流。
这些光子具有能量量子，其能量大小与电磁辐射的频率成正比。
换句话说，光子的能量随着频率的增加而增加，这也解释了为什么高频率的电磁辐射能够对生命体产生更强的破坏作用。
电磁辐射的波动和粒子特性之间的关系可以通过双缝实验进一步说明。
双缝实验是一种经典的物理实验，用于研究光的波动和粒子性质。
当光经过一个开口时，按照波动理论，光会形成一片明暗相间的干涉图样。
然而，当光的强度足够弱，只有一个光子通过时，光的粒子性质开始显现。
在这种情况下，光子会同时通过两个开口，并在屏幕上形成一个干涉图样，这一现象被称为单光子干涉。
通过这个实验，我们可以清晰地看到电磁辐射既具有波动特性，又具有粒子特性。
除了双缝实验，光的光电效应也是证明电磁辐射的粒子特性的经典实验之一。
光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会释放出电子。
根据量子理论，光子与金属表面的电子碰撞时，光子的能量将转移给电子，使其脱离金属表面。
这个实验证明了光的粒子特性，而且由于光电效应中电子释放的能量正好等于光子的能量，这一实验还进一步证实了电磁辐射的能量与频率之间的对应关系。
电磁辐射的波动性与粒子性研究
电磁辐射的波动性与粒子性研究电磁辐射是一种既有波动性又有粒子性的现象。
在过去的几个世纪中，人们对电磁辐射进行了广泛的研究，并取得了许多重要的发现和突破。
本文将探讨电磁辐射波动性与粒子性的研究进展，以及这些研究对人类的影响和应用。
首先，让我们先来了解一下电磁辐射的波动性。
当电磁辐射传播时，它在空间中形成了波动，这些波动由电场和磁场相互垂直、交替变化而产生。
根据波长的不同，电磁辐射可以分为不同的种类，如射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线。
所有这些种类的电磁辐射都可以展示出波特性，如折射、反射和干涉等现象。
然而，尽管电磁辐射具有明显的波动性，它也具有粒子性。
根据量子力学原理，电磁辐射被描述为由包含能量的微观粒子组成的离散能量量子。
这些粒子被称为光子，是由带有电磁能量的电子跃迁或原子核衰变所产生的。
光子的能量和频率之间存在着确定的关系，即能量等于普朗克常数乘以频率。
通过实验和观察，科学家们发现电磁辐射的粒子性在一些情况下会表现得更为明显。
例如，当电磁辐射与物质相互作用时，光子会表现出像粒子一样碰撞、散射和被吸收。
这种现象被称为光电效应，是描述光子的粒子性质之一。
电磁辐射的波动性和粒子性在实际应用中也起着重要作用。
电磁辐射的波动性使得它可以用于通信、雷达和无线电等领域。
尤其是可见光的波长范围，使得我们能够看到周围的世界，并使用光学设备进行观察和测量。
另一方面，电磁辐射的粒子性在医学、能源和材料科学等领域也有广泛的应用。
例如，X射线被广泛用于医学影像诊断，通过与人体组织的相互作用，可以产生具有不同对比度的影像，从而帮助医生做出准确的诊断。
在能源方面，太阳能电池利用光子的能量来产生电能，实现了可再生能源的利用。
此外，电磁辐射在材料科学中的应用也非常重要，例如利用激光技术进行材料的切割和焊接。
尽管电磁辐射的波动性和粒子性被广泛研究和应用，但仍然存在一些未解决的问题和挑战。
例如，电磁辐射对人类健康的影响一直备受关注。
第二章之一 电磁波谱与电磁辐射-1
WM = σ T 4
σ: 斯蒂芬－玻尔兹曼常数，5.6697＋－0.00297） ×10－12 Wcm-2K-4
红外装置测试温度的理论根据。
黑体辐射 光谱中最 强辐射对 应的波长
λmax
λmax 与T有何关系?
黑体辐射光谱中最
强辐射的波长λmax
2. 石英的辐 射比黑体 辐射要弱
三、黑体及黑体辐射规律
（一）黑体与黑体辐射 （二）黑体辐射定律 （三）一般辐射体和基尔霍夫定律
三、黑体及黑体辐射规律
（三）一般辐射体和基尔霍夫定律 1、一般物体的发射率
发射率：实际物体的辐射通量密度(M(λ,T))与同 一温度下黑体辐射通量密度Mb(λ, T) 的比值。
9中红外（3.0—6.0μm）
9远红外（6.0—15.0μm）
9超远红外（15—1000μm）
采用热感应方式探测地物本身的辐射，白天、夜间均 可进行，为全天时遥感。
(4) 微波
波长1mm—1m, 分为：毫米波、厘米波 和分米波; 能进行全天时全天候的遥感探测 ;
对某些物质具有一定的穿透能力。
• 波长为0.01—0.4μm； • 碳酸盐岩分布探测、油污染监测； • 臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在
2000米以下。
（2） 可见光
• 遥感中最常用的波段； • 不同地物在此波段的图象易于区分。
（3） 红外线
• 波长0.7—1000μm。
9近红外（0.70—3.0μm）
中红外、远红外和 超远红外是产生热 感的原因，所以称 为热红外
2.1 电磁波谱与电磁辐射
一、电磁波与电磁波谱的概念 二、电磁辐射的度量 三、黑体及黑体辐射规律
光谱基础知识-PPT
基本概念
光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或 电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分 析化学方法。
1．电磁辐射
电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简 称为光。它具有二象性，即：波动性和粒子性。波 动性表现在光的折射、衍射和干涉等现象；粒子性 表现在光电效应等现象。
每个光子的能量（EL）与其频率（）、 波长（）及波数（）之间的关系为：
图3-1 吸收光谱和荧光光谱能级跃迁示意图
需要注意的是： （1）整个过程是在单线态之间进行的； （2）产生荧光的过程极快，约在10-8秒左右 内完成； （3）荧光的产生是由第一电子激发态的最低 振动能级开始，而与荧光分子被激发至哪一 个能级无关。因此，荧光光谱的形状和激发 光的波长无关。
c. 散射光谱
常用的有：原子发射光谱和荧光光谱。
对于原子发射光谱，由于每种元素的原子 结构不同，发射的谱线各有其特征性，可以根 据元素的特征谱线进行定性分析，根据谱线的 强度与物质含量的关系进行定量分析。
荧光光谱实质上是一种发射光谱，它的 产生是由于某些物质的分子或原子在辐射能 作用下跃迁至激发态，在返回基态的过程 中，先以无辐射跃迁的形式释放出部分能 量，回到第一电子激发态，然后再以辐射跃 迁的形式回到基态，由此产生的光谱称为荧 光光谱。
与其它光谱仪器比较，还有一个显著的特 点是：价格便宜、易于操作和容易普及。
缺点：进行测定时，需一个元素一个元素 地进行分析；且大多需要显色剂；样品处 理较复杂，不如其它光谱法迅速。
２. 原子荧光发射光谱法
原子荧光光度计是通过测量待测元素的原子 蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强度， 来确定待测元素含量的方法。气态自由原子 吸收特征波长辐射后，原子的外层电子从基 态或低能级跃迁到高能级经过约10-8s，又 跃迁至基态或低能级，同时发射出与原激发 波长相同或不同的辐射，称为原子荧光。
电磁辐射基础知识
电磁辐射基础知识目录1. 1 电磁辐射概述 (3)1.1 电磁辐射的定义 (4)1.2 电磁辐射的分类 (4)1.3 电磁辐射的性质 (5)2. 2 电磁波的基本概念 (7)2.1 电磁波的产生 (8)2.2 电磁波的传播特性 (8)2.3 电磁波的能量与频率关系 (10)3. 3 电磁辐射源的类型及特点 (11)3.1 自然辐射源 (11)3.1.1 太阳辐射 (12)3.1.2 地球辐射 (14)3.1.3 空间辐射 (15)3.2 人工辐射源 (16)3.2.1 无线电波辐射 (18)3.2.2 微波辐射 (19)3.2.3 射频辐射 (20)3.2.4 直线加速器辐射 (21)3.2.5 X射线和γ射线辐射 (22)4. 4 电磁辐射对人体的影响 (24)4.1 电离辐射对人体的影响 (24)4.1.1 直接效应 (26)4.1.2 间接效应 (28)4.2 非电离辐射对人体的影响 (29)4.2.1 热效应 (30)4.2.2 生物效应 (31)4.3 防护措施与标准 (33)5. 5 电磁辐射监测与测量技术 (34)5.1 电磁辐射监测方法 (36)5.1.1 频域监测方法 (37)5.1.2 时域监测方法 (37)5.2 电磁辐射测量仪器 (39)5.2.1 频谱分析仪 (40)5.2.2 时域分析仪 (41)5.2.3 高能粒子探测器 (42)6. 6 电磁辐射应用领域 (44)6.1 通信领域 (45)6.1.1 移动通信 (46)6.1.2 卫星通信 (48)6.2 医疗领域 (50)6.2.1 X射线诊断技术 (51)6.2.2 CT扫描技术 (52)6.3 其他领域 (53)1. 1 电磁辐射概述电磁辐射是由变化的电场和磁场相互作用而产生的波动现象，这种辐射无需介质即可在真空中传播。
电磁波的传播不需要介质，它包括宇宙射线、宇宙背景辐射、射电天文信号、无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
03电磁辐射的粒子性-2
E = m c2
r r pe = mv =
r m0 v 1 − (v / c ) 2
h ν0 h ν m v cos θ = cos ϕ + 0 c c 1 − ( v / c) 2
0= m0 v sin θ hν sin ϕ + c 1 − ( v / c) 2
44
*光子 能量
ε = hν
动量
r hν r p= n c
• 电子偶的产生和湮灭 说明电磁辐射和粒子的相互转化
62
作业
Chap3- 1, 6, 8, 12, 13, 18, 20
交作业
4月2日
63
§3.3 康普顿效应
一 康普顿效应的实验及其规律
1、实验装置 K X 射 线 源 探测器
康普顿散射
• 康普顿效应（Compton effect）：散射X光中 有波长不变和变长的部分（1922-1923）
• •• •
ϕ
石墨 晶体
X射线 （λ＝0.01~10 Å ）
A
光栏
1926年康普顿观量了X射线沿各方向的散射波的波, 发现在散射光线中有波长大于入射光波长的现象 ——康普顿效应
m v h/λ mv = ≈ 0 sin θ sin ϕ sin ϕ
ϕ θ ϕ
sin θ =
h sin ϕ = 0 .8650 m0λv
θ ≈ 59 . 88 o
mv ≈ m0 v
h/ λ
5力学与相对论相结合 相对论动力学中的能量与动量关系式：
E =c p +m c
非静止电子43射线光子与电子的碰撞三康普顿效应的理论解释1碰撞前电子光子能量动量2碰撞后光子能量动量能量动量电子能量动量44碰撞过程中能量守恒coscossinsin45消去与可得散射使波长的改变量为康普顿散射波长不依赖于散射体成分和入射波波长46确认了动量守恒定律与能量守恒定律在微观粒子相互作用中的正确性
2核辐射基础知识-1a分析
同量异位素：质量数A相同，质子数Z不同的核素。
40 18
K
38
95 40
95 41
Nb
同质异能素：中子数N、质子数Z均相同，而能量 87 m 87 状态不同的核素。 Sr Sr
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放射性
某些元素的原子通过核衰变自发地放出α或β射线 (有时还放出γ射线)的性质，称为放射性。 按原子核是否稳定，可把核素分为稳定性核素和 放射性核素两类。核素最短存在时间10-16s
同中异位素
N=Z
同量异位素
同 位 素
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稳定核素
核力是短程力，只作用于相邻的核子，正比于A
库仑力是长程力，作用于所有质子，正比于A(A1)
Z增加，A增加，库仑力的增长比核力快，必须依
靠中子数的较大增长来减弱库仑力的排斥作用
随着Z的增加，稳定核素的中子数比质子数越来越
多，因此越来越偏离Z=A直线
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结合能
A Z
X
M ZM p A Z Mn M A
E Mc
2
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结合能
Z , A B Z , A / A
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同位素
核素：泛指各种元素的各种原子 核素 ZA X 的化学性质，由核外电子的数目及结构 决定，与原子核没有直接关系。但其存在Z相同， A不同的核素，由于其在元素周期表中的位置， 成为同位素。 同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子 数百分比。 H有三种同位素：1H(氕)，2H(D,氘)，3H(T,氚) 自然界中1H和2H的丰度分别为99.9852%及 0.0148%，3H通过核反应制备 O有八种，U有15种同位素
电磁辐射光的波动和粒子性质
电磁辐射光的波动和粒子性质电磁辐射是一种以电场和磁场振荡传播的能量形式。
根据量子力学的粒子-波二象性理论，光既可以被视为电磁波的波动性质，也可以被视为光子粒子的粒子性质。
本文将探讨电磁辐射光的波动性质和粒子性质，并介绍相关的实验和理论支持。
一、电磁辐射光的波动性质电磁辐射光具有明显的波动性质，这一点可以通过实验证实。
例如，干涉和衍射实验显示出光的干涉和衍射现象，即光的波动性质。
干涉实验中，当两束光相干叠加时，会出现明暗相间的干涉条纹；衍射实验中，光通过狭缝或物体后，会出现弯曲和扩展的现象。
除了实验观测，波动性质还可以通过数学方式描述。
根据麦克斯韦方程组，可以推导出电磁波的传播方程。
此方程解有一般波动方程的形式，其中包含波速、频率和波长等参数。
这些参数进一步证实了光作为电磁波的波动性质。
二、电磁辐射光的粒子性质光作为电磁辐射的一种具有粒子性质的量子，被称为光子。
光子的粒子性质可以通过实验和理论予以证实。
实验中，普朗克黑体辐射理论的发现表明，辐射能量是离散化的，只能取分立的数值。
而爱因斯坦进一步提出了光电效应的解释，他认为光的能量以粒子的形式被吸收和释放。
这一观点得到了实验的验证，即光子的存在。
理论上，光子的粒子性质可以通过量子力学的形式描述。
根据光子的波动-粒子二象性，可以使用量子力学的波函数描述光的粒子性质，并使用相应的算符进行计算。
光子的能量和动量与其频率和波长有关。
三、波动性质与粒子性质的统一电磁辐射光既具有波动性质，也具有粒子性质，这看似矛盾的两个观点在量子力学中得到了解决。
根据量子电动力学，光既是波动的概念，又是以光子粒子的形式存在。
波粒二象性的统一可以通过量子场论来描述。
量子场论认为，光是由无数个相互作用的光子构成的场。
这个场对应于光子的波动性质，而光子本身对应于粒子性质。
四、应用和展望电磁辐射光的波动性质和粒子性质在实际应用中起着重要的作用。
例如，在光学技术中，利用光的波动性质可以实现干涉和衍射的现象，用于构建光学仪器和设备。
电磁辐射与电磁波谱
电磁辐射与电磁波谱电磁辐射是指由电和磁场通过空间传播的能量传递。
它是一种无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等形式的能量传播。
电磁辐射是自然界和人类活动中普遍存在的现象，对于我们的生活和科学研究都具有重要意义。
本文将深入探讨电磁辐射与电磁波谱的相关内容。
一、电磁波谱概述电磁波谱是以波长或频率作为分类标准的一种分类方法。
根据电磁波的波长或频率不同，可以将电磁波谱分为不同的区域，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。
每个区域的电磁波具有不同的特性和应用。
二、电磁辐射的特性1. 电磁辐射是一种高速振动的电磁场的传播，具有波动性和粒子性。
2. 电磁辐射可以穿过真空，并具有较强的穿透能力。
3. 电磁辐射的波长和频率决定了其对物质的相互作用方式。
不同波长和频率的电磁辐射与物质的相互作用方式也不同。
三、电磁波谱的应用1. 无线电波：主要用于无线通信、广播电视、卫星通信等领域。
2. 微波：主要应用于雷达、微波炉、无线通信和卫星通信等。
3. 红外线：主要应用于红外热像仪、红外测温仪等领域。
4. 可见光：是我们日常所见的光线，用于照明、摄影等领域。
5. 紫外线：主要应用于紫外杀菌、紫外线检验仪器等领域。
6. X射线：主要应用于医学影像学、工业检测和材料分析等。
7. γ射线：主要应用于核能和辐射治疗等领域。
四、电磁辐射对人体的影响1. 电磁辐射对人体的影响与辐射源的种类、辐射剂量、暴露时间和暴露频率等因素有关。
2. 辐射剂量过高可能引发热效应、电离辐射和光生效应等健康问题。
3. 长期接触低剂量电磁辐射可能对人体产生潜在的影响，但目前尚未有明确的科学证据表明这种影响可以导致不可逆的生理效应。
五、电磁辐射的防护措施为了保护人们的健康和安全，需要采取一些措施来减少电磁辐射的暴露：1. 减少使用电磁辐射源，比如减少使用手机和微波炉等。
2. 保持距离：尽量远离辐射源，减少辐射暴露。
3. 使用屏蔽材料：尽量使用金属屏蔽材料，减少辐射的穿透。
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2）
hν
=
Ek
+φ ，eVs 0
=
Ek
max
光电子的动能与入射光频率相关，频率越高，光电子 动能越大；Vs与入射光频率是线性关系
3）若能发生光电效应必要求
h
ν
−
φ 0
≥
0
ν ≥ φ0 = ν h0
为截止频率
4）一个光子是整体而被电子吸收，不需要时间积累，
C2
=
hc k
则
RBλ
=
C1λ−5e−
C2 λT
即维恩公式
15
普朗克公式的意义
• 突破与混乱
– 量子： quanta (Latin: 'how much?')
– 普朗克：仍然企图用连续性代替量子 (In summary, I can only characterize the
entire work as an act of desperation.) – 爱因斯坦：光量子 E = hv 解释光电效应
空腔辐射～黑体辐射
4
5. 黑体辐射的实验规律 1). 黑体辐出度的实验测定： P L2
A
L1
B1
A为黑体
B2
C
B1、P、B2为分光系统 C为热电偶
测定黑体辐出度的实验简图 6
2).实验曲线
每一曲线下的面积等于黑体在一定温度下的总辐射量
1700K
1500K 1300K
1100K 01 234 5
黑体的辐射本领按波长分布曲线
4）光敏电阻
能显著改变半导体的导电性能。 26
光的微粒说与波动说的争论
一、光的波动说 • 法国哲学家、物理学家笛卡儿提出光是某种类似
压力的东西，它从发光物体通过稀薄的媒质传向四 面八方。他的这种思想，为关于光的波动说的创立 奠定了基础。 • 英国物理学家胡克在1665年出版的《显微术》一 书中，主张光是一种振动。 • 荷兰物理学家惠更斯是光的波动说的莫基人。提出 了著名的“惠更斯原理”
14
当波长很长，温度较高时
RBλ = 2πhc 2λ−5
1
hc
e λkT − 1
hc /( λkT ) << 1 做泰勒展开 有
hc
eλkT
=
1
+
hc λkT
+
1 2
(
hc λkT
)2
+L
则 RBλ = 2πckλ−4T
即瑞利－金斯公式
16
§3.2 光电效应
一 光电效应的实验规律
1 光电效应
1887 年 赫 兹 发 现 ， 当 紫 外 线 照 射 到 金 属 表 面 上 时，能使金属发射带电粒子。在汤姆逊发现电子 以后，勒纳于1900年通过对这些带电粒子的荷质 比的测定，证明金属所发射的是电子。
Vs(V) 2.0
Cs Na Ca
1.0
0.0 4.0 6.0 8.0 10.0 ν(1014Hz)
3) 只有当入射光频率ν 大于一定的频率ν 0时才会产生光电效应
Ek ≥ 0,
ν ≥ φ0 = v h0
ν0 称为截止频率或红限频率
4) 光电效应是瞬时发生的 驰豫时间不超过10-9s
21
三 爱因斯坦光电效应方程
5
第三章 电磁辐射的粒子性
• 黑体辐射 • 光电效应 • 康普顿散射 • 正负电子湮灭
2 理学院 孙秋华
2 热辐射平衡 物体可辐射能量也可吸收能量，当辐射和吸收的能 量恰相等时称为热平衡。此时物体温度恒定不变。
3 黑体 能完全吸收各种波长电磁波而无反射和透射的物体
金属冶炼炉上的小孔
黑体模型：不透明材料制成的小孔空腔。
n(v)dv
=
8πv 2 c3
dv
ε = kT
10
普朗克公式
紫外灾难
1 维R(恩1λ80 公9(3T)式) （=波C长1λ短−5处e −符λCT2合得好R ）
2 瑞利—金斯公式(长波长符合得好)
(1900-1905)
实验结果
维恩线 瑞利－金斯线 普朗克线
Rλ0 (T ) = C 3λ−4T
3 普朗克公式
电磁辐射的特性
• 微粒说，波动说
• 辐射－粒子性（本章） • 粒子－波动性 （下章）
1
§3.1 黑体辐射
一、 热辐射 1. 热辐射现象
辐射能
物体在任何不为绝对零度的温度 下都在发射各种波长的电磁波， 这种现象称为热辐射。
所辐射电磁波的特征与温度有关。
物体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
λ / μm
7
• 维恩位移律
R(Τ)
2200K 2000K 1800K 1600K
λm
λ
每一曲线上， R(T ) 有一峰值－－峰值波长 λm
T↑, λm 向短波方向移动。
λm T = b
b = 2.897756×10-3 m·K
9
ρ(T , v)dv
=
8πv2 c3
dvkT
v增大， ρ 无限增大 （紫外灾难）
1 爱因斯坦光量子假说(1905) 1）一束光是一束以光速运动的粒子流， 这些粒子称为光子（光量子） 2）每个光子的能量
ε = hν
3）光的强度决定于单位时间内通过单位面积的光子数N
S = Nh ν
23
i
3 实验规律
im2
1) 饱和光电流强度 im 与入射光强 I 成正比 im1
说明被光照射的电极 上，单位时间内释出的光电 子数与入射光的强度成正比
对于频率为ν的谐振子最小能量为
ε = hν
ρ(T , v)
=
8πv 2 c3
hv ehv kT −1
能量
经典 量子
13
当波长很短，温度很低时
RBλ = 2πhc 2λ−5
1
hc
e λkT − 1
hc /( λkT ) >> 1
∴ RBλ = 2πhc λ2 −5
1
hc
e λkT
令 C1 = 2πhc2
黑体辐射实验看作经典物理
学晴朗天空中第二朵乌云
ρ
ε = kT
ε 应依赖于 v ， v Æ ∞ 时应有 ε Æ 0
v
11
3). 实验定律
• 斯特藩-玻耳兹曼定律 R(T )=σT 4
斯特藩常数σ = 5.67×10 -8 W/m2K4
8
• 瑞利－金斯公式
空腔内辐射能量密度 ρ (T,v) R (T,v) = (c/4) ρ (T,v) ρ (T,v) = 驻波数（振动模式数）×每一驻波能量
22
2 爱因斯坦光电效应方程 当频率为ν 光照射金属时，一个电子是整体吸收一个光子 根据能量守恒
hν = Ek +φ0
φ0 为该金属材料的逸出功
爱因斯坦“因在数学物理方面的成就，尤其发现了 光电效应的规律”，获得了1921年诺贝尔物理奖。
24
3 光子理论对光电效应的解释 1）当入射光的频率一定时，入射光越强则光子数N 就越多，
28
四、光量子说
爱因斯坦用“光量子”成功地解释了光电效应，恢 复了光的粒子性。
但是，光量子假说，并不是简单地回到牛顿的微
粒说，也不是对波动说的全盘否定。
1909年，爱因斯坦说：“我认为，在理论物理发 展的下一阶段，将会出现一种关于光的理论，根据这 种理论，光可以被看作是波动说和微粒说的融合，我 们关于光的本性和光的结构的看法将有一个深刻的改 变将是不可避免的了。”
遏止电压Vs
Vs 0
K
光电子的最大初动能
E k max = eV s
V
I2 I1 光强 I2> I1
U 光AG20来自二 经典物理学所遇到的困难
按照光的经典电磁理论： 1 光的强度与频率无关，不应存在截止频率 2 逸出光电子的初动能应随光强增大而增大，与频率无关 3 电子积累能量需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生
λ
(1900)
R λ0 (T ) =
2 π hc λ2 − 5
e hc kT λ
−1
与实验结果 惊人地符合
普朗克常数：h = 6.6260755×10-34 J·s
12
二、 能量子假说 1.辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐
振子可以发射和吸收辐射能。 2.这些谐振子的能量不能连续变化，不能象经典物理学 所允许的可具有任意值。只能取一些分立值，这些分立 值是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即： ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。
1400K 3
4 描述热辐射的物理量
1）光谱辐射本领 R(T,v)
单位时间内，从物体表面 单位面积上辐射出的单位波长 (频率)间隔内的能量
辐射能
2）辐射本领 R(T )
单位时间内，从物体表面单位
面积上发出的所有波长(频率)的电 磁波的总能量
∫ R (T ) = ∞ R (T ,ν )dν 0
λ
λ + dλ
=常数
1.0
0.0 A
ν(1014Hz)
5.0 10.0
（2）由曲线可知：
dV s dν
=
2 (10 − 5) ×1014
= 4 ×10 −13
h
=
e
dV s dν
= 6.4 × 10 −34 J ⋅ s
32
光具有“波粒二象性”
27
二、光的微粒说：牛顿是微粒说的代表。 三、光的波动说的复兴
19世纪，由于英国物理学家托马斯·杨和法国物理 学家菲涅尔等人的工作，光的波动说又得以复兴。解 释了托马斯·杨两孔干涉、牛顿环、细丝衍射、圆孔衍 射、圆板衍射等现象。赫兹于1886～1888年，以实验 证实了电磁波的存在，光是电磁波的一种形式，证明 电磁波确实同光一样，能够产生反射、折射、干涉、 衍射和偏振等现象。光的波动说进入全盛时期，光的 微粒说走向了衰败。