第十三章 光的粒子性

第十三章光的粒子性第一页，共十九页，2022年，8月28日第一节黑体辐射一.热辐射现象单色辐出度，用(T)表示单色吸收率:

aλ(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λ和λ+dλ范围内的辐射能与该波长范围内入射总辐射能的比值第二页，共十九页，2022年，8月28日吸收率等于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第三页，共十九页，2022年，8月28日黑体模型黑体辐射的能量分布第四页，共十九页，2022年，8月28日1.斯特藩-玻耳兹曼定律σ=5.67×10-8W/(m2)曲线下的面积与绝对温度T的四次方成正比2．维恩位移定律随着温度T的升高，峰值波长λm将向短波方向移动

b=2.898×10-3m第五页，共十九页，2022年，8月28日例题13-1已知在红外线(λ=1~14m)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第六页，共十九页，2022年，8月28日四、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热辐射理论公式与实验结果比较第七页，共十九页，2022年，8月28日普朗克提出的量子假设:1．谐振子能量的量子化假设E=nhν（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光电效应一.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第八页，共十九页，2022年，8月28日

图13-5光电效应实验装置光电子光电流截止电位

第九页，共十九页，2022年，8月28日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，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光量子=光子爱因斯坦光电效应方程第十页，共十九页，2022年，8月28日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第十一页，共十九页，2022年，8月28日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、光子的质量与动量光子的质量为光子也具有动量第十二页，共十九页，2022年，8月28日第三节光的波粒二象性一、康普顿效应图13-6康普顿散射实验装置第十三页，共十九页，2022年，8月28日根据能量守恒定律，碰撞前后有

第十四页，共十九页，2022年，8月28日又依动量守恒定律，应用三角定律利用相对论的质量-速度关系式：整理:得第十五页，共十九页，2022年，8月28日式中，称为康普顿波长二、光的波粒二象性

第四节生物光子学一、光生物技术基础1．激光的产生机制第十六页，共十九页，2022年，8月28日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）实现粒子数反转第十七页，共十九页，2022年，8月28日（2）具有光学谐振腔2．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