第7章---光的量子性.ppt

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1、第七章光的量子性主要内容1、光速及其测定方法；2、以光的量子性为基础，介绍光电效应和康普顿效应；3、光的波粒二象性。第一单元（§1）：光速及其测定方法；第二单元（§2～§3）：热辐射的经典定律和普朗克量子假设。第三单元（§4～§5）：光电效应，光电效应方程。第四单元（§6）：康普顿效应。第五单元（§7～§8）：量子理论对光本性的认识。教学目的：理解光速的概念，牢固掌握能量子概念和光电效应方程，能应用光电光电效应方程进行实验规律的解释和实际计算；理解光电效应和康普顿效应所体现的光的量子性。内容分析：重点难点：能量子假设、

2、光电效应。§7.1光速及其测定一、真空中的光速1、理论值：2、测量值：二、测量方法——最可靠值1、天文学方法：木星卫星蚀法（罗默，1676年）：天文学方法受观测精度的影响，精度很低。恒星光行差法（布喇法雷，1728年）：2、实验室方法：AB伽利略法：旋转齿轮法（斐索，1849年）：旋转镜法（付科，1851年）：激光测速法：三、相速度和群速度1、相速度：单色光波等相面的传播速度。通常意义上的光速。2、群速度：光波的某一确定振幅（能量）的传播速度：3、相速、群速的关系（瑞利公式）：§7.2热辐射一、辐射的分类：经典电磁理论

3、观点：电磁场是连续的，其能量是连续分布于场所在的整个空间。19世纪末20世纪初，黑体辐射、光电效应、康普顿效应的相继出现，造成了经典电磁理论的困难。促使人们挣脱经典连续观念的束缚，从全新的角度重新考虑经典理论的适用性。从而建立了量子理论。1、定义：物体向外发射能量的过程称为辐射2、分类：在向外辐射能量的过程中，物体将消耗本身的能量，要维持辐射，必须要从外界不断补充能量或物体内部产生某种变化。按能量补充的不同形式，辐射可作如下分类：化学发光：由自身内部化学变化（如燃烧）补充能量；光致发光：由外来光或其它辐射不断或预先照射

4、补充能量；场致发光：由外加电场补充能量；（如火花放电、电弧光、辉光等）；阴极发光：由电子束轰击固体物质所产生的辐射；热辐射：外加热源补充能量。二、热辐射任何温度下的任何物体都能发出热辐射；热辐射的能量大小和成份取决于辐射体温度，遵从基尔霍夫定律；温度越低，辐射能量越小，长波（如红外线）成份越多；温度越高，辐射能量越大，短波（如紫外线）成份越多。三、黑体辐射1、黑体：表面不反光，能在任何温度下吸收入射的一切频率电磁波的物体，称为绝对黑体，简称黑体。2、黑体辐射实验曲线：每条曲线有一个极大值随温度升高，辐出度（能量）快速增

5、大；随温度升高，极大值向短波移动；λ→0,M→00500100015002000可见光温度3、黑体辐射的经典规律：从上图可看出，解决黑体辐射问题关键是找出辐出度M（λ，T）的具体表达式。围绕该图，众多物理学家从经典理论出发，进行了大量的工作，其中以下述结论相对有效：A：斯忒藩—波尔兹曼定律：辐射总能量∝T4。—与曲线总趋势吻合B、维恩位移定律：T增大时，曲线最大值向短波移动；T不太高时，辐射能量主要集中一长波区，发出红外线和红色光；T较高时，辐射能量主要集中一短波区，发出紫外线和白光；∴在温度较高时，维恩定律结论与实验

6、曲线基本吻合。C、瑞利—金斯定律：在长波区与实验曲线相当吻合；随波长λ的减小，与实验曲线差距增大；紫外灾难§7.3Plank量子假设——能量子一、Plank量子假设1900年，Plank分析了前述三种经典规律认为：其之所以不能真实反映黑体辐射的客观规律，最根源是经典理论的连续性。他认为：辐射体由很多谐振子组成，每个谐振子发出一种单色波；每个振子的能量不能连续变化，只能处于某些特殊的能量状态：一个最小能量单位的整数倍在发射或吸收能量时，振子只能从这些特殊状态之一飞跃到另一状态，发射或吸收能量只能是E0的整数倍；可能的能量

7、状态——能级；能量的不连续变化——能量量子化；最小能量单位E0——能量子，简称量子。③频率为的能量子二、Plank黑体辐射公式：Plank利用量子假设，得出了黑体辐射有公式，并园满解释了实验规律，证明了量子假设的正确性。§7.4光电效应1905年，在研究光电效应的过程中，Einstein将局限于振子辐射过程的Plank能量子假设推广到整个电磁场，认为电磁波的能量均以能量子的形式存在。从而，光不仅是一种波动（电磁波），也是一种粒子（光子）。并园满解释了不电效应现象。一、定义：当光照射到金属表面时，金属中有电子逸出的现象。

8、逸出的电子称为光电子。KAGV+-RW二、实验装置：如右图示：光电子由阴极K运动到阳极A所产生的电流——光电流三、实验定律：1、光电流与入射光强度的关系：IVg0VIm当入射光频率和强度不变时，加速电压V增大则光电流I值增大；光电流I有一饱和值，此时单位时间内由阴极逸出的光电子全部到达阳极。若单位时间内逸出的光电子数为n，则I饱