光的量子性姚课件

第七章光的量子性主要内容7.1光速的测定光的相速度和群速度7.2经典辐射定律7.3普朗克辐射公式能量子7.4光电效应7.5爱因斯坦的量子解释7.6康普顿效应7.7德布罗意波7.8波粒二象性7.1光速的测定光的相速度和群速度

⒈旋转齿轮法（斐索1849年）c=315000km/s⒉旋转镜法（傅科1851年）c=298000±500km/s⒊旋转棱镜法（迈克耳孙1926年）c=299774±2km/s二、激光测速法、长度单位“米”的定义⒈激光测速法（美国1970）最可靠值c=299792.485±0.001km/s电磁理论⒉长度单位“米”的定义：1983年10月20日在巴黎的第十七届国际计量大会通过:“一米是光在真空中在１／299792458s的时间间隔内所经路径的长度。”三、光的相速度和群速度⒈折射率的测定

(1)定义1.331.75(2)折射定律1.331.64水(H2O)二硫化碳(CS2)⒉相速度按波动理论，波速由中的决定，它代表单色平面波一定位相向前移动的速度。

得到又由由位相不变的条件：

相速度：严格的单色波（有单一确定值）所特有的一种速度.为获得极慢光速，要求，即获得这种正常色散介质是出现极慢光速的关键，这意味着在折射率对频率的坐标系中，要有一段很陡的曲线。4.慢光子（光速减慢）由群速的定义

7.2经典辐射定律一、几种不同形式的辐射化学发光：辐射过程中物质内部发生化学变化（如燃烧）光致发光：用外来辐射预先照射物体使之发光如：荧光、磷光场致发光：由电场作用引起的（辉光放电，电弧放电等）阴极发光：通过电子可引起团体（如矿物质）产生辐射热辐射：

物体处于一定温度的热平衡状态下的辐射二、热辐射基尔霍夫定律

⒈热辐射热辐射的光谱是连续光谱，并且辐射谱的性质与温度有关。热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射。

在室温下（不可见的红外光）→500℃（暗红色的可见光）→1500℃（明亮的白炽光、）

⒋吸收比A(，T)

A(，T)=dw

׳

/dW

dw

׳：物体单位面积上所吸收的辐射能量，dW：照射到物体单位面积上的辐射能。0≤A(，T)≤1⒌基尔霍夫定律

对一定的频率和温度，f(,T)与物体性质无关的普适函数。三、黑体的经典辐射定律1.黑体表面不反射光，能够在任何温度下吸收射来的一切电磁辐射的物体。黑体的基尔霍夫定律:

黑体的吸收比Ab（,T）=1

黑体Ab（,T）=1白体Ab（,T）=0灰体0﹤Ab（,T）﹤12.斯忒藩—玻尔兹曼定律（1879-1884）：

3.维恩位移定律(1893)：

或

4.瑞利—金斯定律(1900)：或经典理论在这种短波的失败称为发散困难或“紫外灾难”。二、普朗克黑体辐射公式

根据玻尔兹曼分布，一个振子在一定温度T时，处于能量为E=nE0的一个状态的概率正比于，每个振子的平均能量为讨论⒈短波近似：⒉长波近似：普朗克公式维恩位移定律普朗克公式瑞利—金斯定律7.4光电效应

光电效应及其实验规律光电子：逸出来的电子。光电流：在光的作用下，电子受电场加速而形成的电流。遏制电压：阻止所有的光电子飞向阳极A的电压。7.5爱因斯坦的量子解释一.光子假设及量子解释1.光子假设

爱因斯坦指出：光在传播过程中具有波动特性，而在与物质相互作用过程中，光能量是集中在一些叫做光量子（光子）的粒子上.单个光子的能量为：

2.量子解释

一个光子的能量是传递给金属中的单个电子的电子吸收一个光子后，把能量一部分有于挣脱束缚，余下的变成离开金属表面的电子功能其中是光电子的动能；为脱出功，是光电子逸出金属表面所需要的最小能量。

入射光频

频率极限所对应的波长称为光电效应的红限。不同的物质有不同的红限。三、光子的质量和动量

按照狭义相对论质量和能量的关系有：光子的能量光子的质量光子的动量光子的静止质量设单位时间、单位面积上的光能量（即光强）为，则N：光子数设这群光子的总动量

四、光压

光压就是光子流产生的压强如反射系数为，即有PN个光子被反射，其动量为，这一部分光子动量变化为：

另一部分，（个光波壁吸收，动量变化：N个光子总动量变化：

为单位时间内传递给单位面积壁面点的动量，即所求光压。

康普顿效应间接证明了光子具有动量，光压存在的事实也证明了光不但具能量，还具有动量

说明光和电子、原子、分子等实物一样，是物质的一种形式。

7.7德布罗意波一.光的波粒两象性二.实物粒子的波粒二象性1.物质波

1924年德布罗意假设：实物粒子和光一样，也具有波粒二象性，满足（它既不是机械波，也不是电磁波。）2.实验验证：1927年戴维孙-革末的电子衍射实验证实了德布罗意的假设7.8波粒二象性理论和实验结果表明，无论是静止质量为零的光子，还是静止质量不为零的电子、质子、原子等等实物粒子，都同时具有波动性和粒子性，即波粒二象性。说明：