14光的量子性与激光.
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瑞利--金斯经验公式
M (T ) c34T
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)
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
波长在附近单位波长间隔内的辐射能.
M (T )
dM (T )
d
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
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
(nm)
0123456
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
整数倍，即：
, 2 , 3 , , n (n为正整数)
h h 称为普朗克常数，h 6.63 1034 J s
正整数 n 称为量子数。
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：
普朗克
M (T ) 2c 2 5
1
hc
e kT 1
c ——光速
k ——玻尔兹曼恒量 e ——自然对数的底
钠的遏止电压与
eUa h W
入射光频率关系
eUa h W
从图中得出
4.391014 Hz
e dUa h
d
从图中得出
Ua (V )
2.20
0.65
O
•
•
•
••
•
4.39 6.0 10 (1014 Hz)
dUa ab 3.87 1015V s
d bc
钠的遏止电压与 入射光频率关系
普朗克常数
Ua (V )
2.20
h e dUa 6.21034 J s
d
0.65
钠的逸出功
O
•
•
•
••
•
4.39 6.0 10 (1014 Hz)
W h 2.721019 J
钠的遏止电压与 入射光频率关系
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。
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
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
2、遏止电压 3、铝的红限波长
hc 12.4 keV A
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。
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：
h
1 2
mv
2 m
W
爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦对光电效应的解释：
h
1 2
mv
2 m
W
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
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109 s 的时间。
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。
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。 试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率
解：
mT b
T b 6323k m
M T 4 8.552107 W m2
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 ) c15ec2 T
M(T ) 0 M (T )d
M(T ) T 4
5.67 108W m2 K 4
斯忒藩常数
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。
维恩位移定律:
M (T )
mT b
b 2.89 103 m 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。
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
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
单色辐出度
单位时间内,从物体表面单位面积上发出的，
解：
Ek
hc
W
2eV
Ua
Ek e
2V
0
hc W
2960 A
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
h 1 mv 2 W
2
其中
1 2
mv
2
eU a
•
0.65
••
O
•
4.39 6.0 10 (1014 Hz)
遏制电压与入射光频关系
B
Ua O
U
OO
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Ua时光电流为零，称 Ua 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：
1 2百度文库
mv
2 m
eUa
Ua
实验指出：遏止电压和入 o
射光频率有线性关系
U0
νo ν
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (nm)
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
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
红限频率：
0
W h
三、光的波粒二象性
光子能量: 光子质量:
因为：
h
m
c2
h 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：
p mc h c
h
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，
M (T ) c34T
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)
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
波长在附近单位波长间隔内的辐射能.
M (T )
dM (T )
d
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
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
(nm)
0123456
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
整数倍，即：
, 2 , 3 , , n (n为正整数)
h h 称为普朗克常数，h 6.63 1034 J s
正整数 n 称为量子数。
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：
普朗克
M (T ) 2c 2 5
1
hc
e kT 1
c ——光速
k ——玻尔兹曼恒量 e ——自然对数的底
钠的遏止电压与
eUa h W
入射光频率关系
eUa h W
从图中得出
4.391014 Hz
e dUa h
d
从图中得出
Ua (V )
2.20
0.65
O
•
•
•
••
•
4.39 6.0 10 (1014 Hz)
dUa ab 3.87 1015V s
d bc
钠的遏止电压与 入射光频率关系
普朗克常数
Ua (V )
2.20
h e dUa 6.21034 J s
d
0.65
钠的逸出功
O
•
•
•
••
•
4.39 6.0 10 (1014 Hz)
W h 2.721019 J
钠的遏止电压与 入射光频率关系
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。
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
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
2、遏止电压 3、铝的红限波长
hc 12.4 keV A
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。
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：
h
1 2
mv
2 m
W
爱因斯坦光电效应方程
爱因斯坦对光电效应的解释：
h
1 2
mv
2 m
W
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
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109 s 的时间。
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。
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。 试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率
解：
mT b
T b 6323k m
M T 4 8.552107 W m2
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 ) c15ec2 T
M(T ) 0 M (T )d
M(T ) T 4
5.67 108W m2 K 4
斯忒藩常数
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。
维恩位移定律:
M (T )
mT b
b 2.89 103 m 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。
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
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
单色辐出度
单位时间内,从物体表面单位面积上发出的，
解：
Ek
hc
W
2eV
Ua
Ek e
2V
0
hc W
2960 A
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
h 1 mv 2 W
2
其中
1 2
mv
2
eU a
•
0.65
••
O
•
4.39 6.0 10 (1014 Hz)
遏制电压与入射光频关系
B
Ua O
U
OO
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Ua时光电流为零，称 Ua 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：
1 2百度文库
mv
2 m
eUa
Ua
实验指出：遏止电压和入 o
射光频率有线性关系
U0
νo ν
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 (nm)
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
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
红限频率：
0
W h
三、光的波粒二象性
光子能量: 光子质量:
因为：
h
m
c2
h 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：
p mc h c
h
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，