第十三章光的粒子性精选文档.ppt

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1、第十三章 光的粒子性本讲稿第一页，共十九页第一节第一节 黑体辐射黑体辐射一一.热辐射现象热辐射现象单色辐出度，用 (T)表示 单色吸收率:a(T)单位时间内，在温度为T的物体单位表面面积上，吸收波长在和+d范围内的辐射能与该波长范围内入射总辐射能的比值 本讲稿第二页，共十九页吸收率等于1物体称为绝对黑体，简称黑体 二、基尔霍夫辐射定律二、基尔霍夫辐射定律在相同的温度下，各种不同物体对同一波长的单色辐出度与单色吸收率的比值都等于该温度下黑体在这一波长的单色辐出度。三、黑体辐射的实验定律本讲稿第三页，共十九页黑体模型 黑体辐射的能量分布 本讲稿第四页，共十九页1.斯特藩斯特藩-玻耳兹曼定律玻耳兹曼

2、定律=5.6710-8W/(m2)曲线下的面积与绝对温度T的四次方成正比 2维恩位移定律维恩位移定律 随着温度T的升高，峰值波长 m将向短波方向移动 b=2.89810-3m 本讲稿第五页，共十九页例题例题13-1 已知在红外线(=114m)范围内，人体(包括黑、白及其他有色人种)可近似看作一个黑体。假设成人表面面积的平均值为1.73m2，体表温度为33=306K，求人体辐射的总功率。解 根据斯特藩-玻耳兹曼定律，人体单位面积的辐射功率为 W/m2人体辐射的总功率为P=W本讲稿第六页，共十九页四、普朗克量子假说四、普朗克量子假说1900年普朗克提出了一个全新的黑体辐射公式:图13-4热辐射理论

3、公式与实验结果比较本讲稿第七页，共十九页普朗克提出的量子假设普朗克提出的量子假设:1谐振子能量的量子化假设E=nh （n=1,2,。），称为普朗克常数 2谐振子与外界发生能量交换的量子化假设第二节第二节 光电效应光电效应一一.光电效应光电效应某些金属在受到适当频率的光照射时，可使金属中的自由电子获得能量而逸出金属表面的现象 本讲稿第八页，共十九页 图13-5 光电效应实验装置光电子 光电流 截止电位 本讲稿第九页，共十九页光电效应带来的困扰经典物理学的问题:1.存在一个确定的临阈频率2.光电子初动能的大小与入射光强无关，而只决定于入射光的频率 3.当入射光的频率临阈频率时，无论光的强度多微弱，

4、只要光一照射到金属上，就几乎立刻观测到光电子。二、爱因斯坦的光子假说二、爱因斯坦的光子假说光量子=光子 爱因斯坦光电效应方程 本讲稿第十页，共十九页电子在挣脱金属束缚时所作的功叫逸出功 由爱因斯坦光电效应方程能圆满解释光电效应的实验结果 1要使电子能够逸出金属表面，光子的能量h不能小于A，换言之，能够产生光电效应的入射光的最低频率应满足下列关系 或 2对同一种金属来说，光电子的初速度与入射光的频率成正比，而与入射光的强度无关 本讲稿第十一页，共十九页3在金属中，一个电子能够一次全部吸收一个入射光子的能量，只要光子的能量大于金属的逸出功，则这个电子立即逸出金属表面，而不需要时间去积累能量三、光子

5、的质量与动量光子的质量为 光子也具有动量 本讲稿第十二页，共十九页 第三节第三节 光的波粒二象性光的波粒二象性一、康普顿效应图13-6 康普顿散射实验装置本讲稿第十三页，共十九页根据能量守恒定律，碰撞前后有 本讲稿第十四页，共十九页又依动量守恒定律，应用三角定律 利用相对论的质量-速度关系式：整理:得本讲稿第十五页，共十九页式中，称为康普顿波长二、光的波粒二象性二、光的波粒二象性 第四节第四节 生物光子学生物光子学一、光生物技术基础1激光的产生机制本讲稿第十六页，共十九页正常分布 受激吸收 自发辐射受激辐射,受激辐射的光是激光.激光就必须设法加强受激辐射，要实现这一目的，必须满足下述两个条件:（1）实现粒子数反转）实现粒子数反转本讲稿第十七页，共十九页（2）具有光学谐振腔2激光的特性激光的特性（1）方向性好（2）单色性好（3）强度大（4）相干性好 二、激光生物效应和医学应用二、激光生物效应和医学应用1激光的生物效应（1）激光的热效应（2）激光的光化学效应（3）激光的机械效应（4）激光的电磁场效应本讲稿第十八页，共十九页（5）激光的生物刺激效应2激光的医学应用（1）治疗（2）诊断三、生物光学成像三、生物光学成像四、光学生物传感器四、光学生物传感器本讲稿第十九页，共十九页