物理光学课件.ppt

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1、 光的量子性光的量子性讲解人：余亮英2010.5选自物理光学第七章选自物理光学第七章机械工业出版社 1980 版 梁铨廷主编内内 容容 回回 顾顾从物体成像规律的研究中，总结出光的直线传播规律，并以此建立了几何光学；19世纪后期，麦克斯韦电磁理论的建立和赫兹用实验证实了电磁波的存在，使人们认识到光是一种电磁波，光沿直线传播只是波动效应的一种近似，由此建立了光的电磁理论；19世纪末到20世纪初，光学又深入到对发光原理、光与物质相互作用的研究，发现了光在这一领域明显表现出粒子性，从而最终使人们认识到光不但具有波动性，还具有粒子性，即光具有波粒二象性。物理光学物理光学用弧光灯照射擦得很亮用弧光灯照射

2、擦得很亮的锌板，的锌板，(注意用导线与注意用导线与不带电的验电器相连），不带电的验电器相连），使验电使验电 器张角增大到约器张角增大到约为为 30度时，再用与丝绸度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针锌板，则验电器的指针张角会变大。张角会变大。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电物理光学物理光学光电效应实验光电效应实验物理光学物理光学光电效应光电效应:光照射到金属上光照射到金属上,使电子从金属表面逸出使电子从金属表面逸出的现象，称为光电效应，逸出的电子称为光电子，形的现象，称为光电效应，逸出的电子称为光电子，形成的电流称为光电流。成的电流称为光电流。光光电

3、电效效应应物理光学物理光学为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？回想一下光的波动理论是怎样描述光的能量的呢？1、能量是连续的2、振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关光光电电效效应应物理光学物理光学波动说解释波动说解释金金金金属属属属中中中中电电电电子子子子吸吸吸吸收收收收光光光光能能能能逸逸逸逸出出出出,其其其其初初初初动动动动能能能能决决决决定定定定于于于于光光光光振振振振动动动动振振振振幅幅幅幅,即由光强决定即由光强决定即由光强决定即由光强决定实验结果实验结果初动能与入射光频率初动能与入射光频率初动能与入射光频率初动能与入射光频率相关，而与入射光强相关，而与入射光强相关，而

4、与入射光强相关，而与入射光强无关无关无关无关光强能量足够，光电效应光强能量足够，光电效应光强能量足够，光电效应光强能量足够，光电效应对各种频率的光都会发生对各种频率的光都会发生对各种频率的光都会发生对各种频率的光都会发生存在截止频率存在截止频率存在截止频率存在截止频率(红限红限红限红限)电子吸收光波能量只有到电子吸收光波能量只有到一定量值时，才会从金属中一定量值时，才会从金属中逸出逸出光电子是即时发射的光电子是即时发射的光电子是即时发射的光电子是即时发射的光的经典电磁理论无法解释前3个现象！光光量量子子学学说说1900年，德国物理学家普朗克在研究电磁辐射的能量分布时发现，年，德国物理学家普朗克

5、在研究电磁辐射的能量分布时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的进行只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的进行的，每一份的能量等于的，每一份的能量等于hv，理论计算的结果才能跟实验事实完全，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合。这里的符合。这里的v是光的频率，是光的频率，h是一个普适恒量，叫做普朗克恒量。是一个普适恒量，叫做普朗克恒量。爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。提出爱因斯坦光子模型启发物理光学物理光学爱因斯坦光电效应方程1、产生光电效应产生光电效应原因原因:电子吸收电子

6、吸收光子光子能量产生的。能量产生的。光光量量子子学学说说2、电子吸收光子能量：一部分为逸出功脱出金属、电子吸收光子能量：一部分为逸出功脱出金属 表面，其余部分为光电子初动能。表面，其余部分为光电子初动能。3、由能量守恒：入射光子能量、由能量守恒：入射光子能量=逸出功逸出功+光电子初光电子初动能动能光电效应方程光电效应方程光电子的最大初动能光电子的最大初动能W：逸出功逸出功 逸出功逸出功与材料有关与材料有关物理光学物理光学1、红限频率：、红限频率：产生光电效应的条件：产生光电效应的条件：2、从方程可以看出光电子初动能和照射光频率成线性关系。从方程可以看出光电子初动能和照射光频率成线性关系。3、电

7、子一旦吸收了一个光子的能量，就可以立刻从金属表电子一旦吸收了一个光子的能量，就可以立刻从金属表面逸出，所以无须时间累积。面逸出，所以无须时间累积。4、光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以饱和光电流光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以饱和光电流也大。也大。爱因斯坦光子理论对光电效应的解释爱因斯坦光子理论对光电效应的解释爱因斯坦认为：爱因斯坦认为：光电效应是电子吸收光子能量产生的光电效应是电子吸收光子能量产生的物理光学物理光学两种学说波波粒粒二二象象性性1牛顿的微粒说（corpuscular theory）光是一种粒子流 由英国物理学家牛顿提出，认为光是由发光物体发出的遵循力学规律作等速运动的粒子流。这种学说可以解释光的直线传播和反射、折射等现象，但是根据微粒说，光在水中的速度将大于光在空气中的速度。实验证明，光的微粒说是错误的。2惠更斯的波动说（undulatory theory）光是一种波动 由荷兰物理学家惠更斯提出，认为光是一种机械波，它依靠所谓的弹性介质“以太”来传播。但是由于牛顿有极高的威望，而且微粒说能比较直观地说明光的直线传播现象，波动说未被普遍接受。都试图用一种观点来解释光的本性，因此都没有成功物理光学物理光学 谢谢 谢谢