光的量子性与激光分析精选课件PPT

维恩位移定律:
M(T)
mTb
b 2 .8 1 9 3 m 0 K
m
维恩位移定律指出：当绝对黑体的温度升高时，
单色辐出度最大值向短波方向移动。
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例 假设太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳 表面单色辐出度的最大值所对应的波长为465nm。 试估计太Fra Baidu bibliotek表面的温度和单位面积上的辐射功率
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Ua
o
U0
νo ν
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3、存在截止频率（红限）
对于给定的金属，当照射光频率 0 小于某一数值 （称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效
应。
4 . 光电效应瞬时响应性质
实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光 电子出现只需要 109s的时间。
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经典电磁波理论的缺陷 1. 按经典理论光电子的初动能应决定于入射光的 光强，而不决定于光的频率。
2、遏止电压 3、铝的红限波长
hc1.24keV A
解： EkhcW2eV
Ua
Ek e
2V
0
hc
296A0
W
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例1、钠根据的图红示限确频定率以下各量Ua(V)
2、普朗克常数
2.20
•
3、钠的逸出功
•
解：由爱因斯坦方程
h1m2vW
2
其中
1mv2 2
eUa
0.65
O
•
•
•
•
4.396.0 10(1014H)z
h12mm 2vW 爱因斯坦光电效应方程
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爱因斯坦对光电效应的解释： h12mm 2vW
1. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以 光电流也大。
2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出， 所以无须时间的累积。
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率 成线性关系。
4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到
h h 称为普朗克常数，h 6 .6 1 3 3J 0 4 s
正整数 n 称为量子数。
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M(T)
在能量子假设基础上，
实验值 普朗克得到了黑体辐射
公式：
M (T)2c25
1
hc
ek T 1
普朗克
c ——光速
k ——玻尔兹曼恒量 e ——自然对数的底
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (nm)
遏制电压与入射光频关系
eU ahW 2021/3/2
钠的遏止电压与 入射光频率关系
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eU ahW Ua(V)
从图中得出
2.20
4.3 9110H 4 z
2. 无法解释红限的存在。
3. 无法解释光电效应的产生几乎无须时间的积累。
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二、光子 爱因斯坦光电效应方程 爱因斯坦光子假说：一束光是以光速 c 运动的粒子 流，这些粒子称为光量子，简称光子。
光子的能量为： h
金属中的自由电子吸收一个光子能量 h
以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸 出功W ，一部分转化为光电子的动能，即：
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14-1 黑体辐射 普朗克能量子假设
一、 黑体、黑体辐射
热辐射 物体在任何温度下都向外辐射电磁波
平衡热辐射
物体具有稳定温度 相等
发射电磁辐射能量
吸收电磁辐射能量
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2
黑体 如果一个物体能全部吸收投射在它上面的 辐射而无反射，这种物体称为黑体。
黑体模型
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解：
mTb
T b 632k3 m
M T 4 8 .5 5 1 7 W 2 0 m 2
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三、普朗克的量子假说 1. 经典理论的困难
维恩经验公式
M (T ) c 1 5 e c2T
瑞利--金斯经验公式
M (T)c34T
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M(T)
实验值
紫 外 灾
难
维恩
瑞利--金斯
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (nm)
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2.普朗克量子假设
能量子假设：(1)组成黑体壁的分子、原子可看作 是带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。 (2)这些谐振子只能处于某种特殊的能量状态，它
的能量取值只能为某一最小能量 (称为能量子)的
整数倍，即：
,2 ,3 ,,n (n为正整数)
(nm)
0 1 2021/3/2
2
3
4
5
6
5
1 、斯特藩—玻尔兹曼定律 每条曲线下的面积等于绝对黑体在一定温度下 的辐射出射度
M (T)0 M (T)d
M(T)T4
5 . 6 1 7 8 W 0 m 2 K 4
斯忒藩常数
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2 、 维恩(Wien)位移定律
M(T)最大值所对应的波长 m 称为峰值波长。
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1918诺贝尔物理学奖
M.V.普朗克
研究辐射的量子 理论，发现基本 量子，提出能量 量子化的假设
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14-2 光电效应 光的波粒二象性
一、光电效应的实验规律
光电效应实验装置
光电效应伏安特性曲线
AK
OO
OO
OO
G
V
I
饱
遏 止 电
和
电I s
流
压
光强较强 光强较弱
B
3
单色辐出度 单位时间内,从物体表面单位面积上发出的，
波长在附近单位波长间隔内的辐射能.
M(T)dd M (T)
辐射出射度(辐出度)
单位时间物体单位表面积发射的各种波长的 总辐射能.
M (T)0 M (T)d
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二、 斯特藩—玻尔兹曼定律 维恩位移定律
M(T)
绝对黑体的单色辐出度 按波长分布曲线
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OO
Ua O
U
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1. 光电流与入射光光强的关系
实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。
当反向电压加至U a 时光电流为零，称 U a 为遏止电压。
2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：
12mm 2veUa
实验指出：遏止电压和入 射光频率有线性关系
红限频率：
0
W h
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三、光的波粒二象性
光子能量: 光子质量:
因为：
h
h mc2 c2
m m0
1
v c2
2
由于光子速度恒为c，所以光子的“静止质量”为零.
光子的动量： pmch h c
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h
p h
h
m c2
光子的能量质量 m，动量 p是表示粒子特性的
物理量，而波长 ，频率 则是表示波动性的物理量，
这就表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性， 即具有波粒二象性。
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1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦
• 对现物理方面 的贡献，特别 是阐明光电效 应的定律
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例：在铝中移出一个电子需要4.2eV的能量，波长为
200nm的光射到其表面，求：
1、光电子的最大动能