第二十一章光的量子性
第21章_量子光学基础
例4：以一定频率的单色光照射在某种金属上，测出其 光电流曲线在图中用实线表示。⑴ 保持照射光的强度 不变，增大频率；测出其光电流曲线在图中用虚线表示。 满足题意的图，是_______。
I
o (A) U
I
o (B) U
I
o (C) U
I
o (D) U
⑵ 保持照射光的频率不变，增大强度。测出其光电流曲 线在图中用虚线表示。满足题意的图，是_______。
瑞利—金斯公式
实验曲线和普朗克公式
6 5 4 3 2 1 0
1 2 3
T=2000K
维恩公式
10-14Hz
由经典理论导出的 M (T)～ 公式都与实验曲线不 完全符合！
这正所谓是“ 物理学晴朗天空中的一朵乌云!”
四.普朗克的量子论的诞生 1900年德国物理学家普朗克为了得到与实验曲线相 一致的公式，摒弃了经典物理能量连续概念，提出了 一个与经典物理学概念截然不同的“能量子”假设. 他指出 ：辐射物质中存在着带电谐振子，这些谐振 子吸收或辐射的能量是间断的不连续的，辐射“能量子 ”的能量
实验曲线
维恩公式
维恩公式在高频段与实 验曲线符合得很好， 但在低频段明显偏离 实验曲线。
10-14Hz
▲
著名公式之二： 瑞利 —金斯公式
1900年瑞利和金斯从经典电动力学和 统计物理学理论（能量均分）推导得:
2 2 M (T ) 2 kT c k 1.380658 1023 J K 1
I
O U
I
O (B) U
I
O (C) U
I
O (D) U
(A)
例5：关于光电效应有下列说法中正确的是________。 (1)任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生 光 电效应； (2)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该 金属分别受到不同频率的光照射时，释出的光电子的 最大初动能也不同； (3)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则该 金属分别受到不同频率、强度相等的光照射时，单位 时间释出的光电子数一定相等； (4)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则当 入射光频率不变而强度增大一倍时，该金属的饱和光 电流也增大一倍。
高中光学粒子性教案高考复习必备
高中光学粒子性教案-高考复习必备第一章：光的粒子性概述1.1 光的波粒二象性1.2 光的粒子性实验1.3 光的粒子性与波动性的关系第二章：光电效应2.1 光电效应的发现2.2 光电效应方程2.3 光电效应的条件2.4 光电效应的实验现象第三章：康普顿效应3.1 康普顿效应的发现3.2 康普顿效应方程3.3 康普顿效应与光的粒子性3.4 康普顿效应的实验现象第四章：光的吸收与散射4.1 光的吸收现象4.2 光的散射现象4.3 吸收与散射的原理4.4 吸收与散射的实验现象第五章：光的粒子性与物质波5.1 物质波的概念5.2 物质波的性质5.3 物质波的实验证实5.4 光的粒子性与物质波的关系第六章：光的干涉与衍射6.1 干涉现象的解释6.2 双缝干涉实验6.3 单缝衍射与双缝衍射6.4 光的干涉与衍射的原理第七章：光的偏振7.1 偏振现象的发现7.2 偏振光的性质7.3 马吕斯定律7.4 光的偏振与光的粒子性第八章：光的量子性8.1 光的量子概念8.2 光量子假说的发展8.3 光量子性与波动性的关系8.4 光的量子性实验验证第九章：光的传播与介质9.1 光在介质中的传播9.2 光的速度与折射率9.3 全反射现象9.4 光在介质中的衰减与散射第十章：光的粒子性与现代光学10.1 光的粒子性与激光技术10.2 光的粒子性与光纤通信10.3 光的粒子性与光学成像10.4 光的粒子性与光学探测器第十一章：光的粒子性与光谱学11.1 光谱学的基本概念11.2 光谱线的产生与分类11.3 光的粒子性与光谱学11.4 光谱学在科学研究中的应用第十二章：光的粒子性与光学仪器12.1 光学仪器的基本原理12.2 光的粒子性与望远镜12.3 光的粒子性与显微镜12.4 光的粒子性与光学传感器第十三章：光的粒子性与量子光学13.1 量子光学的基本概念13.2 光的量子态13.3 量子纠缠与量子超位置13.4 光的粒子性与量子光学实验第十四章：光的粒子性与光学应用14.1 光的粒子性与激光技术14.2 光的粒子性与光纤通信14.3 光的粒子性与光学成像14.4 光的粒子性与光学显示技术第十五章：光的粒子性与光学前沿15.1 光的粒子性与光学非线性15.2 光的粒子性与光学隐形技术15.3 光的粒子性与光学量子计算15.4 光的粒子性与光学生物学重点和难点解析本文主要介绍了高中光学粒子性的相关内容，重点包括光的波粒二象性、光电效应、康普顿效应、光的吸收与散射、光的粒子性与物质波等。
《光学》全套课件
Δ
=2en2
(
1 cosγ
sin2 γ) +λ cosγ 2
Δ
=
2en2
c
os
γ
+
λ 2
Δ =2e n22
n12
sin2 i +λ 2
干涉条件
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
k 1,2, 加强（明）
( 2k 1 ) 2 k 0,1,2, 减弱（暗）
额外程差的确定 不论入射光的的入射角如何
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d <<D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为:
x =kλ D d
x = 2k +1 λ D 2d
明条纹中心的位置 暗条纹中心的位置
k =0,±1,±2L
2 洛埃镜
E
S1
d
S2
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm
折射率
n=c = u
εrμr
青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
u = c ,λ = λ0 nn
§1-2 光源 光的相干性
一、光源
1.光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
§1-3 光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 两束相干光通过不同的介质时, 位相差不能单纯由几何路程差决定。
第1节 能量量子化 第2节 光的粒子性
返回目录
课前学习区
课堂互动区
针对训练 2 1: 2010 年浙江理综) ( 在光电效应实验中, 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条 光电流与电压之间的关系曲线( 甲光、乙光、丙光)如图所示.则可判断出( , )
A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
答案: 变长 1
①宏观世界中物体间的相互作用过程中所遵循的规律, 也适用于微观粒子的相互作用过程; ②康普顿效应进一步揭示了光的粒子性, 也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.
返回目录
课前学习区
课堂互动区
针对训练 3 1: 科学研究证明, 光子有能量也有动量, 当光子与电子碰撞时, 光子的一些能量转移给了电子.则在 光子与电子的碰撞过程中, 下列说法中正确的是( )
增加 ; ②随着温度的升高, 辐射强度的极大值向波长 较短 的方向移动.
1 ○随着着温度的升高,各种波长的辐射强度都有
返回目录
课前学习区
课堂互动区
2. 能量子 (1)定义: 普朗克做出了这样的大胆假设: 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的 整数 倍. 当带电 微粒辐射或吸收能量时, 也是以这个最小能量值为单位 一份一份 地辐射或吸收的. 这个不可再分的最小能量 值ε叫做能量子. -34 (2)表达式: ε=hν, 其中 h是一个常量, 称为 普朗克常量 , 其值为 h= 6. 626×10 J·s, ν是电磁波的 频率 . 3. 能量量子化 普朗克认为, 微观粒子的能量是量子化的, 或说微观粒子的能量是 分立 的.
思路点拨: 光电流的方向与光电子定向移动的方向相反; 由光电效应方程求解光电子的最大初动能; 由光电流 大小求解入射的光子数.
第二十一章 量子论初步
第二十一章量子论初步
§21.1 光电效应光子
学习要求：
1.理解光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾
2.知道光电效应的瞬时性及其与光的电磁理论的矛盾
3.理解光子说及其对光电效应的解释
4.理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题
Heinrich Rudolf Hertz
1857－1894
普通光
教材P41例题 思考题：
在上图所示的光电效应实验中，已知G 表有示数。
（1）若将滑片P 逐渐向右滑动，
G 表示数如何变化？
（2）若将电源正负极反向再将滑片P 从最左边向右滑动，G 表示数又如何变化？ （3）在第（2）问中G 表示数稳定后，若增大入射光强度而频率不变，G 表示数又有何变化？
（4）在第（2）问中G 表示数稳定后，若增大入射光频率而强度不变，G 表示数又有何变化？
作业：
1. 再读教材，领会光电效应与波动理论的矛盾以及光子说对光电效应的解释
2. 阅读练习册讲解部分（含例题和变式训练）并完成课后作业。
【鼎尖教案】高中物理(人教大纲版)第三册 第二十一章 电子论初步 三、能级(第一课时)
第三节能级●本节教材分析第三节是这一章的重点，也是一个难点.能级是通过量子论成功地解释了微观世界的运动规律的重要内容.对微观世界能量不连续（能量量子化）的认识是学习能级概念的关键.由于微观世界规律的不可直接感知性，“量子化”的观念的形成需要一个过程，在教学中需要注意以下几点：1.重点描述“能量量子化”，突出玻尔理论中的“能级”的概念.这是玻尔理论成功之处.2.在“轨道量子化”的概念上，重在描述“量子化”的概念，淡化“轨道”的概念.氢原子中的电子是没有轨道的，只有电子云.这是玻尔理论的局限之处.3.重视由可直接感知的实验现象“原子光谱”反向验证“能级”假设的教学过程，增加直观性、增加对科学假设提出、验证过程的认识.●教学目标一、知识目标1.了解玻尔关于轨道量子化的概念.2.理解能级的概念.3.理解原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系.4.知道原子光谱为什么是一些分立的值；知道原子光谱的一些应用.二、能力目标1.能够比较氢原子的能级的高低；计算能级差.2.学会利用公式hν=E m-E n计算辐射或吸收的光子的频率、波长.3.能够利用能级的概念解释线状谱.4.了解线状谱的应用.三、德育目标1.通过学习玻尔理论的成功与局限，让学生体会科学发展是一代一代科学家辛勤劳动的曲折过程，树立为科学献身的精神，刻苦钻研，勤奋好学.2.在学习利用能级的概念解释线状谱的过程中，让学生体会科学研究的一些基本方法——“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”.3.了解人类的认识就是从不断地纠正偏差错误中提高的.●教学重点能级概念、光子的辐射与吸收理论.●教学难点辐射与吸收公式的应用、用能级概念解释线状谱.●教学方法教学中利用自学后提问的方式引导学生学习本节.利用电教设备提高直观性、增加与周围生活的联系.能级示意图、原子光谱幻灯片、有关科技史的录像等都能起到这样的效果.充分体现学生的主动性，在阅读、讨论、归纳、总结的过程中得出结论.这样便于学生深刻体会有关概念和规律、牢固树立量子论的观念 .●教学用具投影片、原子光谱的彩色幻灯片、有关20世纪初线状谱的发现、研究过程的科技史录像.●课时安排1 课时●教学过程一、引入新课1.复习旧知回顾光电效应——量子论的应用带来的成功［教师］在量子论初步的第一节我们学习了光电效应及其理论解释，请问是谁，通过什么理论成功地解释了光电效应？［学生］成功解释光电效应的物理学家是爱因斯坦，他提出了光子说的，爱因斯坦光电效应方程解释了光电效应.［评论］最早提出微观世界能量是不连续的物理学家是普朗克.爱因斯坦是在普朗克的量子论的启发下提出光子说的，利用量子论不仅成功地解释了光电效应，还可以推断原子的结构.2.简单介绍19世纪末20世纪初原子结构的研究.［引入］19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家提出了关于原子结构的各种模型.其中玻尔因为引入能量量子化的概念取得了成功.我们今天来一起学习与此有关的《能级》这一课.二、新课教学（一）学生阅读全文（10分钟~15分钟）［课堂安排］学生阅读全文（10分钟~15分钟），并讨论、回答幻灯片中的问题.（二）（思考题投影片）A.什么是能级？［学生］原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也是不连续的.这些能量值叫做能级.B.课文讨论的是原子．．的能级还是电子．．的能级？［学生］课本讨论的是原子的能级，这个能量值是原子和核外电子共有的.C.能级这个假设哪里可以体现量子论的应用？［学生］原子的能级对应的状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的.D.原子的能量可以改变吗？是怎样改变的？［学生］原子的能量可以通过吸收或发射光子来改变，原子吸收光子能量增大跃迁到高能级，发射光子能量减小就会跃迁到低能级.E.以氢原子为例讲讲它何时能量最高？何时能量最低？中间状态是怎样的？怎样表示？［学生］氢原子被电离后能量最高，当它处于基态时能量最低，其他状态叫激发态.各态的量子数分别为n=1、2、3…，能量分别用E1、E2、E3…表示.F.如何计算原子跃迁时发射的光子的频率？［学生］利用公式hν=E m-E n可得：ν＝(E m-E n)/h(其中h为普朗克常数）投影练习［例］处于基态的氢原子在某单色光束照射下，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1＜ν2＜ν3，则该照射光的光子能量为A.hν1B.hν2C.hν3D.h(ν1+ν2+ν3)［分析］基态的氢原子吸收照射光的能量后，跃迁到激发态，由于激发态是不稳定的，会自发地向较低能级跃迁，并且，从激发态向较低能级跃迁时有各种可能.由题意知，它只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，可见，原来处于基态的氢原子吸收能量后激发到n=3的能级，与这三种频率的光所对应的跃迁如图21—6所示.所以，该照射光的光子能量为hν3.图21—6［答案］CG.关于原子理论课文中提到哪几位物理学家？谁的理论更成功？（录像）［学生］课文中提到了卢瑟福、玻尔两位，其中玻尔的理论在继承了卢瑟福的成功之处后，加入了量子理论就更加成功.H.玻尔理论成功的原因是什么？玻尔理论的局限在哪儿？［学生］玻尔的理论在继承了卢瑟福的成功之处之后，加入了量子理论提出了能量量子化的理论，这是他的理论的成功之处.玻尔理论的局限在于，他仍然使用了“轨道”这样的经典理论解释电子的运动.I.什么是原子光谱？［学生］稀薄的气体通电后能够发光.利用分光镜可以得到气体发光的光谱.每种元素中的谱线分布都与其他元素不一样.这样我们就可以通过光谱的分析知道发光的是什么元素.这种分立的线状谱又叫原子光谱.［教师］这种光谱并不连续，它只是分立的几条亮线.也就是说，稀薄气体通电时只发出几种确定频率的光.不同气体光谱的亮线位置不同.这表明不同气体发光的频率是不一样的.经典的电磁理论认为原子的能量是连续的，所以它的发光谱线是连续谱.这样人们发现的这种原子光谱跟经典的电磁理论产生了矛盾，这说明了经典的电磁理论不适用于原子结构.［展示投影］彩色的各种元素的原子光谱［分析］我们将每个光谱进行对比看看其中的谱线是否相同？［结论］展示的几种光谱没有一种谱线完全相同.［思考］为何不同的原子发出的谱线不同？［讨论结果］由于不同原子的结构不同，能级也就不同，它们可能辐射的光子也就有不同的波长，所以各种元素光谱中的谱线分布都与其他元素不一样，这样我们就可以通过分析知道发光的是什么元素.J.原子光谱与能级假设的关系？［学生］当原子从高能级跃迁到低能级时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差.由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，从光谱上看，原子辐射光波的频率只有若干分立的值.按照玻尔理论能级假设可以很好地计算光谱中的谱线的位置，与实验符合的很好.K.总结.“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”科学研究的一些基本方法.［录像］有关20世纪初线状谱发现、研究过程的科技史录像［讲授］总结.“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”是科学研究的一些基本方法.（三）课堂巩固训练［例1］一群氢原子处于n=4的激发态，它们可能发出的谱线A.只有1条B.只有3条C.可以有6条D.可以有无数条［分析］原子发光是能级间的跃迁，处于激发态的氢原子在跃向较低能级时就会辐射出一定频率的谱线.由于氢原子从高能态向低能态跃迁时有各种可能，如图21—7所示，因此这一群原子可以能发出6条光谱线.［答案］C ［例2］有一群处于n =4的激发态的氢原子，当它最终回到n =1的基态过程中，求：（1）可能放出几种频率的光？（2）其中光子的最低频率是多少？它属于哪种区域的光？［分析］根据氢原子的能级图，分析从n =4跃迁到n =1的可能方式有几种，那么放出的光子频率即为几种.根据跃迁假设：h ν=E 4-E 3，此种情况下放出光子的能量最小，即频率最低.通过查表可知此种光的范围.［解题方法］参照氢原子的能级图.6种频率的光子.根据跃迁假设h ν=E 4-E 3，此种情况下放出光子的能量最小，即频率最低.ν=(E 4-E 3)/h=［0.85-(-1.51)×1.6×10-19］/6.63×10-34 Hz=1.5×1014Hz通过查表可知属于红外光区域.（四）延伸拓展氢原子的核外原子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大［分析思路］根据玻尔理论，处在定态的氢原子中电子绕核做匀速圆周运动.在离核越图21—7图21—8远的轨道上运动能量越大，必须吸收一定能量的光子后，电子才能从离核近的轨道跃迁到离核较远的轨道.且库仑定律、牛顿定律都成立.氢原子核外电子的绕核运动，由原子核对电子的库仑力作向心力，即ke2/r2=mv2/r，由r可判断动能.电子在不同轨道间跃迁时，库仑力做正功则电势能减小，库仑力做负功则电势能增加.［解题方法］玻尔理论，库仑定律和向心力，电势能等知识.［答案］D三、小结玻尔的原子模型是把卢瑟福的学说和量子论结合，以原子的稳定性和原子的明线光谱作为实验基础而提出的.认识玻尔理论的关键是从“不连续”的观点理解电子的可能轨道和能量状态.玻尔理论对氢光谱的解释是成功的，但对其他光谱的解释就出现了较大的困难，显然玻尔理论有一定的局限性.本节我们学习了：1.玻尔关于轨道量子化的概念.2.能级的概念.3.理解原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系及公式hν=E m-E n的简单计算.4.学习了原子光谱为什么是一些分立的值；知道原子光谱的一些应用.四、布置作业课本练习三①、②、③五、板书设计六、本节优化训练设计1.根据玻尔的氢原子理论，量子数n越大，则A.电子轨道半径越大B.核外电子速度越大C.氢原子能级的能量越大D.跃迁时可能辐射的谱线越多2.一个氢原子由基态跃迁到n=4的激发态时，此氢原子的光谱中A.将出现一条明线B.将消失一条明线C.各谱线均无变化D.将出现连续谱3.设氢原子基态的能量为E1，某一激发态的能量是E2，当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，它辐射的光子频率ν=________；在真空中的波长λ=________.（已知光在真空中速度为c,普朗克常数为h)4.氢原子从n=3跃迁到n=2时放出的光能使某金属发生光电效应，则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属产生光电效应的是A.从n=2跃至n=1B.从n=4跃至n=3C.从n=5跃至n=3D.从n=6跃至n=55.要使基态的氢原子的电子变为自由电子，至少要吸收能量为________ eV的光子.参考答案：1.ACD 2.B 3.（E2-E1）h hc/(E2-E1) 4.A 5.13.6。
大学物理：第 21 章 量子光学基础分解
2π h M 0 ( , T ) 2 h c e kT 1
2
黑体热辐射的理论与实验结果的比较
维恩公式在低频段， 偏离实验曲线！ 瑞利—金斯公式在 高频段 ( 紫外区 ) 与 实验明显不符， 短 波极限为无限大— “紫外灾难”！
在全波段与实验结果 惊人符合！
END
§21.2 普朗克的能量子假说和黑体辐射公式
E ( , T ) 入 射 E
吸收
2. 基尔霍夫定律 同一个物体的发射本领和吸收本领有内在 联系，例下图为黑白花盘子的反射和自身 辐射照片
室温下的反射光照片
1100K的自身辐射光照片
图片说明一个好的发射体一定也是好的吸收体。 基尔霍夫定律： 实验发现，在温度一定时物体 在某波长λ处的单色辐出度与单色吸收比的比值 与物体及其物体表面的性质无关，即
M 0 ( , T )
2πc
2
h e
hc kT
5
1
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858―1947) 德 国 物 理学家，量子物理学的开创者 和奠基人， 1918 年诺贝尔物理 学奖金的获得者。
END
§21.3 光的粒子性
一、 光电效应的实验规律
1. 光电效应 光照射在金属及其化合物 的表面上发射电子的现象 称 为 光 电 效 应 (photoelectric effect)。 (1) 实验装置-光电管 在阴极金属表面逸出 的电子称为光电子 (photoelectron), 电路中出现的电流形成 光电流 (photocurrent)
M (T ) T
4
=5.67×10- 8 W/（m2K4）—— Stefen 恒量
2. 维恩位移定律（W. Wien） 黑体辐射中单色辐出度的极值 波长m与黑体温度T 之积为常 数
光的传播教案：光的电磁波性质的探究
光的传播教案：光的电磁波性质的探究教学目标：1. 了解光的传播的电磁波性质。
2. 掌握光的传播速度与频率的关系。
3. 学习光的干涉、衍射和偏振现象。
4. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
教学内容：第一章：光的传播概述1.1 光的定义与性质1.2 光的传播方式1.3 光的速度与介质第二章：光的电磁波性质2.1 麦克斯韦电磁理论2.2 光作为电磁波的证明2.3 光的波动性与相干性第三章：光的干涉现象3.1 干涉现象的原理3.2 双缝干涉实验3.3 干涉条纹的间距与波长关系第四章：光的衍射现象4.1 衍射现象的原理4.2 单缝衍射实验4.3 衍射条纹的间距与波长关系第五章：光的偏振现象5.1 偏振光的定义与性质5.2 偏振片的原理与作用5.3 光的偏振实验教学方法：1. 采用讲授法，讲解光的传播概述、光的电磁波性质、光的干涉现象、光的衍射现象和光的偏振现象的基本概念和原理。
2. 通过演示实验，使学生直观地观察光的干涉、衍射和偏振现象，提高学生的学习兴趣和实验操作能力。
3. 引导学生进行思考和讨论，培养学生的科学思维和创新能力。
教学评价：1. 课堂讲解的评估：通过观察学生的课堂表现和提问，评估学生对光的传播概述、光的电磁波性质、光的干涉现象、光的衍射现象和光的偏振现象的理解程度。
2. 实验报告的评估：对学生的实验操作和实验报告进行评估，了解学生对光的干涉、衍射和偏振现象的掌握情况。
3. 课后作业的评估：通过学生的课后作业，检查学生对光的传播概述、光的电磁波性质、光的干涉现象、光的衍射现象和光的偏振现象的理解和应用能力。
第六章：光的传播速度与频率6.1 光的速度与介质6.2 光的频率与波长6.3 光的速度与频率的关系第七章：光的波粒二象性7.1 光的波动性与粒子性7.2 光电效应与光的量子性7.3 光的波粒二象性的实验证明第八章：光的干涉实验与应用8.1 干涉仪的原理与操作8.2 干涉条纹的测量与分析8.3 干涉技术的应用第九章：光的衍射实验与应用9.1 衍射仪的原理与操作9.2 衍射条纹的测量与分析9.3 衍射技术的应用第十章：光的偏振实验与应用10.1 偏振光的实验操作10.2 偏振条纹的观察与分析10.3 偏振技术的应用教学方法：1. 采用讲授法，讲解光的传播速度与频率、光的波粒二象性、光的干涉实验与应用、光的衍射实验与应用和光的偏振实验与应用的基本概念和原理。
光的波粒二象性及其对量子物理学的启示
光的波粒二象性及其对量子物理学的启示引言：光既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性，这一现象被称为光的波粒二象性。
这个观察表明，光既可以像波一样传播并产生干涉和衍射现象，又可以像粒子一样具有动量和能量。
这种二象性的发现是对传统物理学观念的突破，对于量子物理学的发展起到了重要的启示作用。
本文将探讨光的波粒二象性及其对量子物理学的启示。
一、光的波粒二象性的实验观察光的波动性和粒子性最早是由英国科学家牛顿和荷兰科学家惠更斯提出的。
牛顿认为光是由“粒子”组成的，而惠更斯则认为光是一种波动。
随后，1801年托马斯·杨利用干涉实验证实了光的波动性。
而1905年爱因斯坦的光电效应理论则揭示了光的粒子性。
在后续的实验研究中，光的波粒二象性得到了更加明确的证明。
二、光的波粒二象性的物理解释光的波粒二象性的物理解释可以通过量子物理学的观点进行解释。
根据量子力学，光以光子的形式传播，光子是电磁波的离散能量单位，具有粒子性质。
这种光的粒子性可以通过光电子效应、康普顿散射等实验得到证实。
而光的波动性可以通过光的干涉、衍射等实验观察到，这与光的电磁波性质相符。
三、光的波粒二象性在量子物理学中的意义光的波粒二象性的发现对量子物理学的发展起到了重要的启示作用。
首先，它打破了传统物理学观念的束缚，使得人们开始重新审视物质的本质以及传播方式。
其次，光的波粒二象性为量子力学理论的建立提供了基础，使得量子力学能够更好地解释微观世界中的各种现象。
光的波粒二象性也为量子力学的超越物质界限、描述微观粒子的跃迁等提供了依据。
四、光的波粒二象性的应用领域光的波粒二象性的应用领域非常广泛。
在光学领域，光的波动性被广泛应用于干涉、衍射、全息术等技术中，为光学仪器的设计与制造提供了依据。
而光的粒子性在光子学中被广泛应用于激光技术、光通信等领域，为现代通信技术的发展提供了基础。
此外，光的波粒二象性在量子计算、量子通信等领域也具有重要的应用价值。
第二十一章 量子论初步
需克服原子核的吸引而做功 脱离金属所需做功的最小值：逸出功W
Ek = hν – W
解释勒纳德实验结果 1.光电效应是否发生取决于光的频率； 2.对于同种频率的光，光电子的最大初速 度与光的强度没有关系； 3.光电效应瞬时发生。
Robert Andrews Millikan 1868-1953
由于对数学和物理学的成就，特别是对光 电效应的解释，爱因斯坦获得192ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ年诺贝 尔物理学奖 由于对基本电荷的研究以及对光电效应方 程的证实，密立根获得1923年诺贝尔物理 学奖
第一节 光电效应 光子
重庆市第一中学校 李忠相
光电子 光 G 电 流
G
V
A K
P.E.A.Lenard,1862-1947
S
1.光电效应是否发生竟然取决于光的频率！ 2.对于同种频率的光，光电子的最大初速 度竟然与光的强度没有关系！ 3.光电效应竟然瞬时发生！
Albert Einstein 1879－1955 1.光量子（光子） 光的发射、传播和吸收均以光子为基本单位 每个光子能量：E=hν h=6.63×10-34J•s，普朗克常数 2.光子被吸收过程 一个光子的能量一次性全部被吸收 一个电子一次只吸收一个光子的能量 3.电子逸出过程
G
A K
V P
S
在上图中，已知当开关S闭合时G表有示数。 （1）若将滑片P逐渐向右滑动，G表示数如何变化？ （2）若将电源正负极反向再将滑片P向右滑动，G 表示数又如何变化？ （3）在第（2）问中G表示数稳定后，若增大入射光 强度而频率不变，G表示数又有何变化？ （4）在第（2）问中G表示数稳定后，若增大入射光 频率而强度不变，G表示数又有何变化？
高中光学粒子性教案高考复习必备
高中光学粒子性教案-高考复习必备第一章：光的粒子性概述1.1 光的基本概念光的传播特性光的波动性与粒子性的关系1.2 光的粒子性原理光的粒子性与波粒二象性光的能量与频率第二章：光电效应2.1 光电效应的实验现象光电效应的定义与实验现象光电效应的逸出功与光电子的最大动能2.2 光电效应方程爱因斯坦光电效应方程逸出功与光电子最大动能的关系第三章：康普顿效应3.1 康普顿效应的实验现象康普顿效应的定义与实验现象康普顿效应与光的粒子性3.2 康普顿效应方程康普顿效应的方程及其意义康普顿效应与光的波粒二象性第四章：光的干涉与衍射4.1 光的干涉现象干涉的定义与条件双缝干涉与单缝衍射的实验现象4.2 光的衍射现象衍射的定义与条件泊松亮斑与菲涅耳衍射的实验现象第五章：光的偏振与旋光现象5.1 光的偏振现象偏振的定义与条件马吕斯定律与偏振光的性质5.2 旋光现象旋光的定义与条件旋光仪的原理与应用第六章：光的量子性6.1 光子的概念光子的定义与特性光子的能量与频率6.2 光的量子性与波粒二象性光的量子性原理光的波粒二象性与实验证明第七章：光的吸收与发射7.1 光的吸收现象吸收的定义与原理吸收光谱与能级跃迁7.2 光的发射现象发射的定义与原理发射光谱与能级跃迁第八章：激光的原理与应用8.1 激光的原理激光的定义与特性激光的产生原理与过程8.2 激光的应用激光通信与激光雷达激光切割与激光医疗第九章：光纤光学9.1 光纤的原理与结构光纤的定义与工作原理光纤的结构与分类9.2 光纤的应用光纤通信与光纤网络光纤传感器与光纤测量第十章：光学粒子性的现代进展10.1 量子光学量子光学的定义与发展量子纠缠与量子隐形传态10.2 光学粒子性的实验进展光子反泡实验与光子纠缠光量子计算机与光学粒子性在未来应用的展望第十一章：光的干涉与光的粒子性11.1 光的干涉现象干涉的定义与条件双缝干涉与单缝衍射的实验现象11.2 光的粒子性与干涉现象光的粒子性原理光的干涉现象与光的粒子性的关系第十二章：光的衍射与光的粒子性12.1 光的衍射现象衍射的定义与条件泊松亮斑与菲涅耳衍射的实验现象12.2 光的粒子性与衍射现象光的粒子性原理光的衍射现象与光的粒子性的关系第十三章：光的偏振与光的粒子性13.1 光的偏振现象偏振的定义与条件马吕斯定律与偏振光的性质13.2 光的粒子性与偏振现象光的粒子性原理光的偏振现象与光的粒子性的关系第十四章：光的旋光现象与光的粒子性14.1 光的旋光现象旋光的定义与条件旋光仪的原理与应用14.2 光的粒子性与旋光现象光的粒子性原理光的旋光现象与光的粒子性的关系第十五章：光学粒子性的总结与展望15.1 光学粒子性的总结光的粒子性概述光电效应、康普顿效应与光的粒子性的关系15.2 光学粒子性的展望光的量子性与光的粒子性的未来研究方向光学粒子性在科学技术中的应用前景重点和难点解析本文主要讲解了光学粒子性的基本概念、原理、实验现象及其应用。
光的量子性
产生光电子数目越多，光电流越大.（ 0 时）
光子射至金属表面，一个光子携带的能量 h 将一 次性被一个电子吸收，若 0 ，电子立即逸出，
无需时间积累（瞬时性）.
12 – 1 光的量子性
第十二章 量子物理基础
例1 波长为200nm的紫外线射到某种金属的表
解 （1）
E
h
hc
4.42 10 19 J
2.76eV
p
h
E c
1.47
10 27 kg
m s1
2.76eV /
c
（2） Ek E W (2.76 2.29)eV 0.47eV
（3）
hc E
5.18 10 7 m
518 nm
12 – 1 光的量子性
第十二章 量子物理基础
光电效应在近代技术中的应用
2πhc2
5
hc
e kT
* **
**
* *
* *
* 维恩曲线
* *
** *
* *
** *
O
这个公式在长波段与实验曲线相差较大！
12 – 1 光的量子性
第十二章 量子物理基础
瑞利 - 金斯公式（1900-1905年）
M 0 (T )
瑞利 - 金斯曲线
实验曲线
瑞利 - 金斯公式
M 0 (T )
2 π kcT
对同一种金属，W 一定，Ek ，与光强无关
几种金属的逸出功
金属
钠 铝 锌 钨 银铂
W / eV 2.28 4.08 3.34 4.54 4.73 6.35
12 – 1 光的量子性
第十二章 量子物理基础
20-21版：17.1~17.2 能量量子化 光的粒子性（创新设计）
19
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
[要点归纳]
能量子的理解和计算
@《创新设计》
1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而 不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。
2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化 是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化。
12
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
五、康普顿效应和光子的动量 阅读教材第35～36页内容，了解康普顿效应及其意义，知道光子的动量。 1.光的散射：光在介质中与 物质微粒 相互作用，因而传播方向 发生改变 ，
这种现象叫作光的散射。 2.康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X
28
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
[针对训练3] (多选)如图4所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏 电流计中没有电流通过。其原因可能是( )
A.入射光太弱 B.入射光波长太长 C.光照时间太短 D.电源正、负极接反
29
图4
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
2.爱因斯坦的光电效应方程
(1)表达式： hν ＝Ek＋W0或Ek＝ hν －W0。
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于克服
金属的 逸出功W0
，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。
11
课前自主梳理
课堂互动探究
高中物理(人教大纲版)第三册 第二十一章 电子论初步 二、光的波粒二象性(第一课时)
第二节光的波粒二象性●本节教材分析与过去的教材相比，新教材无论是从内容编写还是练习的设置上显然都更加重视对光的本性认识的总体方法、宏观思想如连续性与分立性思想、概率思想；尊重实验，打破日常经验思想的渗透.即不仅让学生知道光具有波粒二象性，同时要通过实验和举例让学生深刻领会光波不是宏观观念中的水波、绳波等机械波模型，而是一种几率波.要让学生认识实验是检验真理的惟一标准.人的直接经验十分有限，在这种情况下我们就要设想一种模型，尽管以日常经验来衡量，这个模型的行为十分古怪，但是只要能与实验结果一致，它就能够在一定X围内正确代表所研究的对象.●教学目标一、知识目标1.了解事物的连续性与分立性是相对的.2.了解光既具有波动性，又具有粒子性.3.了解光是一种概率波.二、能力目标1.能自己举出实例理解连续性与分立性是相对的.2.能通过日常和实验事例理解概率的意义.3.能领会课本的实验意义.三、德育目标通过本节课的学习，领会实验是检验真理的惟一标准；体会我们惟有敢于打破旧的传统的经验才能有所创新、有所发现.●教学重点1.光具有波粒二象性.2.光是一种概率波.●教学难点1.概率概念.2.光波是概率波.●教学方法在学生阅读课文及《康普顿效应》材料的基础上对分立性和连续性、概率、光波是概率波等问题展开课堂讨论.由学生回答课本提出的问题，最后由教师归纳，统一认识.●教学用具CAI课件●课时安排1 课时●教学过程一、引入课题——光的波粒二象性.〔板书课题〕二、新课教学“思考与讨论〞及练习二的〔1〕、〔2〕、〔3〕［用时15′］〔二〕课堂讨论［教师］谁能仿照课本的例子举例说明分立性与连续性是相对的.［学生相互讨论］［学生甲］在地上撒一把米，这些米看起来是分立的，如果直接倒几筐米组成米堆时，测一堆米的体积可以认为它是连续的.［学生乙］下雨天，一开始是雨点，是分立的，下大了以后，就变成了连续的了.［教师］说的非常好，记得我们学习气体的压强时打过这个比方.雨下大了以后在伞上将产生持续的或者说是连续的压力，对不对？［学生］对.［教师］还有吗？［学生丙］课本的实验，当曝光量很少时，在胶片上是一个一个的点，这时光看起来是分立的.曝光量多的时候就变成亮带了，这时又是连续的.［教师］说的太好了，你分析的很到位.也就是当通过狭缝的光很少时，这时它们就像撒在地上的一把米粒，表现出什么性质？［学生齐答］粒子性.［教师］当曝光量很大时表现出…［学生齐］波动性.［教师归纳］少量光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性.［教师］我们现在来讨论概率的意义，概率表征某一事物出现的可能性.让我们来看看课本的思考题，你们能否举例说明有些事件个别出现时看不出什么规律，而大量出现时那么显示出一定的规律性？［学生热烈讨论，有的那么在思考，用时2分钟］［教师］有想发言的吗？［学生想不出事例］［教师启发］课本介绍了在热学一章研究过的伽尔顿板，还记得当时是为分析什么问题？［学生甲］好像是分子热运动的速率.［教师］对.我们知道，温度升高时，不一定每个分子运动的速率都增加，但多数分子的速率在某一个值附近.随着温度的升高这一值会向速率大的方向移动，如图21—4也就是说，个别分子的运动是完全无规律的，但对大量分子所做的统计分析却表现出一种规律——即概率规律.图21—4［教师］有没有在街上看到过一种小的赌博用的像伽尔顿板的东西？你用弹簧把玻璃球弹出.球在钉子间运动最后落在哪一个洞里就得到相应的奖品？［有的学生兴趣盎然地说看过，有人说试过］［教师］明白吗？那也是利用了概率的原理，贵一点的奖品总是在球进去概率比较小的那一格.虽然有个别人会拿到，但对大多数人来说，却只能是赔钱的，轮盘赌也是一样.［学生乙］买彩票也是一样.［教师］对了，所以我们说勤劳致富的概率才是最大的，像上面说的都是可遇不可求的东西.［学生笑］［教师］回到我们课本的实验上来，当曝光量很大时，实验就得到了丁图，那些亮条纹就是光子到达概率多的地方，理解了吗？［学生］理解了.［教师］让我们首先来想这个问题，光波和机械波有什么不同？［学生甲］机械波在介质中传播，光波可以在真空中传播.不需要介质.［教师］对.比如绳波在绳中传播，是靠一部分对另一部分的作用来使振动传播开去的.但是我们能不能这样设想.相邻的光子之间也有一种相互作用从而形成光波呢？［学生乙］课本已有实验证明了不是这个原因.当每次只让一个光子通过狭缝时，仍然会出现相同的实验结果.［教师］你对课本领会的很好.那么光波确实是和机械波不同了，但是非常奇妙的是，在光的干涉中那些出现明条纹的地方和利用机械波的干涉公式计算的结果刚好又是相符的，即光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波的规律来描述.从这个意义上来说，我们说光是一种波.但光波的干涉图景实际上并非是水波那样波峰和波峰叠加、波峰和波谷叠加的图景.明条纹只是光子到达概率大的地方.尽管这些人觉得不可思议，但这是实验事实，我们必须接受.4.归纳光具有波动性也具有粒子性，但它既不是宏观观念的波，也不是宏观观念中的粒子.〔三〕课堂巩固训练分别让学生简述练习二的〔1〕〔2〕〔3〕题［过程略］〔四〕知识拓展为了让学生更好地体会光的本质，提供一份光的本性认识发展简史让学生阅读：光的本性认识史一部光学说的发展史，就是人类认识光本性的认识史.让我们再次作一个简略的回顾，肯定比第一课有更深刻的理解.光的干涉、衍射有力地证明光是一种波.但它是一种什么性质的波呢？两种不同的光波理论——把光看作是某种在介质中传播的波.这是一种典型的机械波观念，需借助介质，且波是连续的.——把光波看作是一种电磁波两种观点的争论焦点是：光波传播是否需要介质？〔1〕寻找这种介质“以太〞的彻底失败〔本来无一物，何来自寻烦〕.〔2〕电磁波本身就是物质，自身携带能量，无须借助介质传播.〔3〕但还有另一个主要问题还未解决，光波是否就是电磁波？麦克斯韦的电磁场理论证明了电磁场的速度等于光速，并由此看到了两者间的联系.赫兹又从实验得到了证实，光的行为与电磁波的行为一致.从而在理论和实验上证明了光确实是一种电磁波.它揭露出光现象的电磁本质，把光、电、磁统一起来，加深了我们对物质世界的联系的认识.光的电磁说是对光的波动说的扬弃，保留了波的特质，抛弃了它机械振动、传播连续的成分.光电效应现象对光的电磁说提出了严重的挑战，使我们不得不再回到微粒说方面来.——把光看作沿直线传播的粒子流.它带有明显的机械运动的痕迹，也无法解释光的干涉、衍射这些现象.但这个学说中仍含有其合理的成分，这就是光的粒子性.4.爱因斯坦抛弃了牛顿微粒说中机械运动的成分，吸收了〔对方——波动说〕电磁辐射量子化的研究成果，把电磁辐射量子化转变、发展成为光行为的量子化，即光子说，重新恢复了光的粒子性的权威.但是，光子的物质性、不连续性并非牛顿微粒说意义下的实物粒子，光子没有静止质量，就个别光子而言，它与宏观质点的运动不同，没有一定的轨道，因而无法对个别光子的行为作出“科学的〞预测，它的行为不服从牛顿经典力学.光子说使光的粒子性有了新的内容.5.在对光本性的认识过程中，惠更斯的波动说和牛顿的微粒说是相互排斥、相互对立的.后来发展成为光的电磁说和光子说.人们发现，这两种相互对立的学说彼此都含有对方的成分，无法划清界线，更无法绝对独立，谁都不能说自己就是客观真理.光学说发展到此，已无法逃避辩证的综合.中国有句古话，叫做两极相通.人们终于明白，光的波动性的粒子性，不过是光这一客观事物矛盾对立的两个方面，它们共存于光这个统一体中，是矛盾的对立统一，彼此以对方存在为前提，这就是光的波粒二象性.它排除了非此即彼的形而上学观念〔这正是形式逻辑的重大特征！〕，建立了亦此亦彼的辩证观念，即在一定条件下承认非此即彼，在另一条件下又承认亦此亦彼.对光来说，一定条件下〔大量光子、传播过程、低频率光〕波动性上升为矛盾主要方面，那么波动性显著；而在另一条件下〔个别光子、光与物质作用、同频率光子〕粒子性上升为矛盾主要方面，那么粒子性显著.所谓彼一时也，此一时也，在微观世界里也存在着.在宏观物体来说不可思议的波粒二象性，在微观世界里却是真实的图景.矛盾啊！然而是事实.只有辩证思维才可以把握.恩格斯曾经指出：“常识在它自己的日常活动X围内是极可尊敬的东西，但它一跨入广阔的研究领域，就会遇到惊人的变故.形而上学的思维方式，虽然在相当广泛、各依对象的性质而大小不同的领域是正当的，甚至是必要的，可是它每一次迟早都要达到一个界限，一超过这个界限，它就要变成片面的、狭隘的，并且陷入不可解决的矛盾，…〔《反杜林论》P19)一切都依时间、地点、条件为转移，所以要对具体问题作具体分析，才能准确把握对象的情况，作出正确的认识.E=hν=h c/λ，光子有动量p=hν/c=h/λ，E、p是粒子特征，ν、λ是波的特征.它们共同揭示了光的波粒二象性，在这两个公式中，光的波粒二象性被很好地统一起来.彼此含有对方的成分，无法分开.〔2〕课文P251介绍了一个光的波粒二象性怎样统一起来的绝妙实验，从中得出个别光子的行为粒子性显著，大量光子的行为波动性显著.可见，对于宏观物体来说不可想象的波粒二象性，在微观世界中却是不可避免的事实.这里只有一个质的差别：不能把光波看作宏观力学中的介质波、连续波，也不能把光子当作宏观世界中的实物粒子、质点.随着研究对象的不同，我们的观念、方法也要变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是很不相同的.总之，要理解多种频率的电磁波〔或者说各种频率的光子〕，就必须综合运用波动观点和粒子观点，这是由于二者是光不可分割的的属性，即波粒二象性.至此，我们终于认识到微观世界具有的特殊规律.三、小结1.光波有一定的频率和波长.光子有一定的能量和动量，是矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分〔 E =h ν=hc ) 2.光在传播过程中波动性显著，在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子的效果显示出波动性，个别光子的效果那么显示出粒子性；频率越低的光，波动性越显著，频率越高的光，粒子性越显著.四、布置作业：阅读课本该节内容五、板书设计六、本节优化训练设计A.有的光是波，有的光是粒子C.光的波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成是微观概念的粒子D.光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著3.以下关于光具有波粒二象性的表达中，正确的选项是B.光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的4.在以下现象中，说明光具有波动性的是—5所示，从烛焰P发出的光，穿过圆孔A射到屏M上，烛焰长比P到A的距离小得多，当A孔直径较大时，在屏M上将看到了一个亮圆斑，慢慢减小A孔的直径，直至约0.2 mm，在这过程中，屏上将依次看到的典型物理现象是________；继续减小A孔直径，使A孔缩小到只能使光子一个个地通过，放置照相底片.在曝光时间较短的条件下，照片上的景像应是________；假设曝光时间足够大，照片上的景象应是________.图21—55.烛焰的倒立的像，衍射条纹；不规那么分布的点子；明暗相间的干涉条纹。
大学物理知识总结习题答案(第十章)量子物理基础
其中，m为粒子的质量，U为粒子在外力场中的势能函数，E是粒子的总能量。
·在无限深方势阱中的粒子能量为
整数n称为量子数。每一个可能的能量值称为一个能级。
·在势垒有限的情况下,粒子可以穿过势垒到达另一侧,这种现象叫做势垒贯穿。
7．电子运动状态
·量子力学给出的原子中电子的运动状态由以下四个量子数决定
·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 ，维恩从热力学理论导出T和 满足如下关系
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 与温T的关系
其中 为斯忒藩—玻尔兹曼常量。对于一般的物体
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 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 被称为一个量子。黑体辐射的能量为 ，其中n＝1，2，3，…，等正整数，h为普朗克常数。
解：每个光子能量为 ，其中 为普朗克常量且
则，100个波长为550nm的光子的光功率为
10-5（1）广播天线以频率1MHz、功率1kW发射无线电波，试求它每秒发射的光子数；（2）利用太阳常量I0＝1.3kW/m2，计算每秒人眼接收到的来自太阳的光子数（人的瞳孔面积约为 ,光波波长约为550nm）。
解：（1）每个光子能量为 ，由
10-7“光的强度越大，光子的能量就越大”，对吗？
答：不对,光的强度是单位时间内照射在单位面积上的光的总能量。一定频率的光强度越大，表明光子数量越多，但每个光子的能量是一定的，只与频率有关，与光子数目无关。
10-8什么是康普顿效应？
答：考察X射线通过物质时向各个方向的散射现象发现，在散射的X射线中，除了存在波长与原有射线相同的成分外，还有波长较长的成分，这种波长改变的散射称为康普顿散射，也称康普顿效应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖遏止电压与照射频率成正比,与照射光强无关.
12
2、即照即生光电子
即使入射光强度非常弱,只要入射光频率大于某一频率,从光照射金属表面,到光电 子首次逸出,驰豫时间不超过10 -9s(几乎无须时间积累).
3、光电流与照射光的强度成正比
增大A 、K之间的电压UAK，光电流增大；当电压UAK足够大后，电流不再改变， 这就是饱和光电流。此时若再增大照射光的强度，光电流会随之增大，而且饱和 光电流 im 与照射光强度 I成正比。
产生；直至反向电压加大到某一值 c(V)
时，光电流完全消失，这个电压称 为遏止电压，用Uc表示.
2.0
.11. Cs Na Ca
1.0
0.0
4.0 6.0 8.0 10.0 (1014Hz)
金属
钨 钙钠钾 铷 铯
截止频率0(1014Hz) 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15 4.69 逸出功A(ev) 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13 1.94
M
(T
)
dM
d
平衡热辐射：
物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量.
.4.
二、黑体和黑体辐射的实验规律
1. 黑体 能完全吸收各种波长电磁波而无反射和透射的物体，M 最大且只与温度有
关而和材料及表面状态无关。
2. 维恩设计的黑体
3. 斯特藩-玻耳兹曼定律
.5.
M(T)=T 4 4．维恩位移律
= 5.6710-8 W/m2K4
三、爱因斯坦对光电效应的解释 由爱因斯坦方程可知：
1.当 时，A
h
，即12不m产v生m2 光电0效应；
.19.
因而，红限频率为
§19-4 爱因斯坦的光量子论
.17.
(Einsteinian Light Quantum Theory )
一、爱因斯坦光量子假设(1905):
电磁辐射(或光)是由一束以光速 c 运动的粒子流组成，这些粒子称为光子；频率
ε 为 的每一个光子具有能量 = h ,它不能被再分割，而只能整个地被产生或吸收；
频率为 的单色光照射金属时，一个电子一次只能吸收一个光子的能量h.
二、爱因斯坦光电效应方程
设 A 为电子的逸出功(电子脱离金属表面时克服表面原子的引力所需作的功; A决.18.
定于金属本身的性质) 则:
爱因斯坦方程
h ~ 一个电子吸收一个光子的能量；
1 2 ~ 电子脱离金属表面时的最大初动能. 2 m vm
第十九章 光的量子性
.1.
(Quantum of Light )
§19-1 热辐射 黑体辐射
§19-2 普朗克的能量子假说 普朗克公式
§19-3 光电效应
§19-4 爱因斯坦的光量子论
§19-5 康普顿效应
§19-1 热辐射 黑体辐射
.2.
(Thermal radiation, Blackbody radiation)
2. 普朗克的假设(1900)
为了与实验结果相吻合,普朗克假设:物体辐射或吸
ν ν 收频率为 的电磁波时, 交换的能量只能是h 的整数
倍.
能量
经典 观点
量子 观点
能量子:
(最小能量单位)
.7.
普朗克常数：
h = 6.6260755×10 -34 J·s
3. 普朗克公式 黑体单色辐出度
M
T
2 c2h 5 e hc
vm
设光电子的最大初动能为
K
+ Uc
A .15.
-
m,e
甲
当两极间加上反向电压后, 电场力对从K极板飞出的光电子作负功,使光电子速度减
小;当电场力作的功eUc恰好等于光电子的最大初动能时,光电子到达A极板时的动能将 变为零.
❖推论:当照射光的频率ν大于截止频率ν0时,光电子的最大初动能与照射光的频率成.正16.
.13.
设：N是饱和状态下单位时间内从阴极K上逸出的电子数
❖ 推论：单位时间内从阴极K上逸出的光电子数N与照射光强度 I成正比。 4、光电子的最大初动能与照射光的强度无关，只与照射光的频率有关
最大初动能
v
.14.
光电效应中，从金属中逸出来的光电子，有些 从金属表面直接飞出，而另外一些则从金属内部 出来，沿途与其它粒子碰撞，损失部分能量。因 此光电子的速度会有差异，直接从金属表面飞出 的速度最大，其动能称为最大初动能。
1、存在截止频率(又称红限)
.10.
如锌板用紫外线照射，能产生光电 效应，用其他可见光照射则不能产生 光电效应。
对于一定的金属阴极，只有当照射光频率 大于某一频率 0 时，才会产生光
电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。
0 称为截止频率或红限频率。
U 当加上反向电压时，仍有光电流
m = b/T
b = 2.897756×10-3 m·K
5．理论与实验的对比 三、经典物理学遇到的困难
§19-2 普朗克的能量子假说 普朗克公式 .6.
(The Hypothesis of Quantization , Planck Expressions)
1.“谐振子”的概念(1900年以前)
根据经典热力学理论,物体中大量带电粒子的振动,可看作谐振子的振动,它们 向周围辐射电磁波,形成连续能谱.
一、热辐射现象
任何物体在任何温度下都不断地向周围空间辐射电磁波,这一现象称为热辐射.
1.基本性质：
温度
辐射的能量
电磁波的短波成分
例如：加热铁块800K以上，可见光成分逐渐显著。
2. 热辐射机理:
.3.
物体中的分子、原子的热运动使它们有能量交换，辐射电磁波。
3. 单色辐出度M
单位时间内从物体单位表面积发射的波长在附近单位波长d间隔内的辐射能 dM与d的比值，用M表示
比.
二、光的经典电磁理论遇到的困难 按照光的经典电磁理论
1. 无论照射光的频率如何，金属中的电子总能吸收照射光足够的能量，从而逸出金 属表面，不应存在截止频率；
2. 阴极电子积累能量达到逸出功(电子脱离金属表面原子的引力所需的功)需要一段 时间，光电效应不应瞬时发生；
3.光电子的最大初动能应与照射光的强度有关,而与频率无关.
1
/ kT
1
§19-3 光电效应
( Photoemission)
一、光电效应 金属及其化合物在光照射下从表面发射电子的现象。
.8.
演 示 动 画
.9.
im2 im1
❖ 实验装置及规律
-Uc
UAK
遏止电压
ห้องสมุดไป่ตู้
A ~阳极 K ~阴极
单色光照射阴极K
在光的照射下，从阴极K表面上逸出电子(称为光电子)，在回路中形成电流(光电 流)。