量子物理学-光电效应与光量子假说20150920
一、光电效应的实验规律
1、光电效应
光照射在金属及其化合物的表面上发射电子的现象称为光电效应（photoelectric effect ）。实验装置为光电管，在阴极金属表面逸出的电子称为光电子（photoelectron ），电路中出现的电流形成光电流（photocurrent ）。
2、实验规律：
（1）饱和光电流：电流强度随光电管两端电压的增加而增加，在入射光强一定时光电流会随U 的增大而达到一饱和值i m ，且饱和电流与入射光强I 成正比。
（2）遏止电压：将光电管上的电压反向，电子的运动受到抑制，实验发现当反向电压不太大时仍有光电流存在，这说明从阴极发射的光电子具有一定的初速度，当反向电压大到一定数值U a 时光电流完全变为零，称U a 为遏止电压。显然电子有初动能与U a 之间有关系
a eU m =2v 2
1
（3）红限（截止）频率：当入射光的频率改变时遏止电压随之改变，实验发现两者成线性关系
0U K U a -?=ν
只有当入射光频率ν大于一定的频率ν0时，才会产生光电效应，ν0称为截止频率或红限频率。
Ua
从不同材料的U a -ν曲线可看出：不同材料的图线的斜率相同，但在横轴上的截距不同。说明K 与金属材料种类无关，但U 0与金属材料种类有关。
（4）光电效应瞬时发生的：当入射光无论如何弱，光电子在光照射的瞬间可产生，驰豫时间不超过10-9秒。
二、爱因斯坦的光量子假设
1、经典物理学所遇到的困难
金属表面对电子具有束缚作用，电子脱离金属表面所需要的能量，所需的最少能量称为逸出功，用 A 表示，显然有
A eU A m E a photon +=+=2v 2
1 其中E photon 为吸收的电磁波能量。
按照光的经典电磁理论：光波的强度与频率无关，电子吸收的能量也与频率无关，不存在截止频率！若用极微弱的光照射，阴极电子积累能量达到逸出功A 需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生！
2、爱因斯坦光量子假设（1905年）
为了解释光电效应，爱因斯坦假设：
（1）光是由一颗一颗的光子（光量子）组成，每个光子的能量与其频率成正比，即
ν?=h E
（2）一个光子只能整个地被电子吸收或放出，光量子具有“整体性”。
（3）根据能量守恒定律，电子在离开金属面时具有的初动能
A eU A m h a +=+=2v 2
1ν 上式即为光电效应方程。
利用爱因斯坦光电方程可以解释光电效应的瞬时性问题和红限频率问题。
3、光电效应的实验验证
Millikan 极力反对爱因斯坦的光子假说，花了十年测量光电效应，得到了遏止电压和光子频率的严格线性关系
()?
??==?-==eK h eU A U K e eU m a m 002v 21ν 由直线斜率K 的测量可以确定（光电效应）普朗克常数。
爱因斯坦年由于他在光电效应方面的工作而获1921年诺贝尔物理学奖；R. A. Millikan （密立根），1923诺贝尔物理学奖得主，研究元电荷和光电效应，通过油滴实验证明电荷有
最小单位。
4、光电效应的应用
（1）光电管：光信号→电信号，用于光信号的记录、自动控制等。
（2）光电倍增管：光信号→电信号，用于弱光电信号的放大，可将光电流放大数百万倍。
三、光的波粒二象性
在有些情况下，光突出显示出波动性（干涉、衍射现象）；而在另一些情况下，则突出显示出粒子性（光电效应）——光有二象性，并有如下关系：
1、能量
νε?=h 2、质量
22c h c m νε== 3、静质量
00=m 4、动量
λνεh c h p c m c p ==?+=420222
光电效应 光子
光电效应光子 1．关于光子讲的差不多内容有以下几方面，不正确的是 A．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子B．光是具有质量、能量和体积的物质微粒 C．光子的能量跟它的频率有关 D．紫光光子的能量比红光光子的能量大 2．某金属在绿光的照耀下发生了光电效应 A．若增加绿光的照耀强度，则单位时刻内逸出的光电子数目不变 B．若增加绿光的照耀强度，则逸出的光电子最大初动能增加 C．若改用紫光照耀，则逸出的光电子最大初动能增加 D．若改用紫光照耀，则单位时刻内逸出的光电子数目一定增加 3．关于光电效应规律，下面哪些讲法不正确 A．当某种色光照耀金属表面时能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大 B．当某种色光照耀金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多 C．对某金属，入射光波长必须小于一极限波长，才能产生光电效应D．同一频率的光照耀不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 4．用下面哪种射线照耀同一种金属最有可能产生光电效应，且逸出的光电子速率最大 A．紫外线B．可见光C．红外线D．伦琴射线 5．关于光电效应的下列事实，波动讲无法讲明的是 A．有时刻不管多强都无法使金属发生光电效应 B．光电子从金属表面逸出，需要给与能量 C．入射光频率大于极限频率时，光电流的大小与入射光强度成正比D．光电子的最大初动能与入射光的频率有关 6．在演示光电效应实验中，原先一带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照耀锌板时，验电器的指针就张开一角度，如图所示，这时
A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电
光量子自血回输法
光量子自血回输法:将患者一定数量的静脉血经特定浓度的紫外线照射及充氧回输后的血液疗法。 其治疗机理:1、通过降低血细胞压积，血红蛋白与氧的结合迅速提高，稀释血浆中各种成分，改善血流状态，加快血流速度，提高组织器官的血流量，迅速逆转心、脑肺肾肝胰等器官的灌注状态，提高血氧饱和度，改善局部组织的缺氧状态，增加缺氧组织的血液供应;使血流速度加快，降低红细胞和血小板聚集力，降低血液黏度，改善病变组织微循环，促进氧的作用; 2、氧在紫外线的作用下形成极强氧化剂―臭氧，可加速体内生化反应，增强新陈代谢，促进组织细胞功能恢复，改善脑缺氧，促进血肿及周围水肿带的吸收，有减轻脑水肿，降低颅内压的作用。所以在治疗后患者均感到头脑变得清楚，记忆增强，语言清晰，记忆力提高。 3.适当降低血液中凝血物质，提高纤维蛋白原的溶解度，红细胞膜变形能力增强，使红细胞的聚集性降低。降低血流切应力对血管的影响，改善血管弹性，增大血管临界半径，降低外周阻力，降低和稳定血压，减轻心脏负荷。降低血细胞的聚集性，使血小板聚集力和血粘度下降，有利于血液循环的改善。从而降低血液的高凝度。 4、提高血液中超过氧岐酶的活性，调节体内自由基平衡，减少自由基对机体的损害，提高机体免疫机能。 5、改善血液物质代谢和血管壁状态，可降低血糖、尿酸、胆红素、乳酸及丙酮酸等物质及血管6酮胶列腺素f1水平，增强体内抗氧化酶活性，从而使血管壁状态得到改善。为防治动脉粥样硬化提供了理论
依据。 6、臭氧治疗能够刺激细胞抗氧化酶的增加，从而抑制慢性氧化应激。 7、臭氧具有强的杀菌效应，能够杀死细菌、病毒和真菌等，并且促进他们被血细胞所吞噬。 8、超氧疗法在疼痛治疗领域的主要应用：椎间盘源性疼痛（颈、腰）、软组织无菌性炎症引起的疼痛，如肌筋膜疼痛综合症。关节炎性疼痛（髋、膝、肩等）；神经病原性疼痛，如带状疱疹后神经痛；背部手术失败综合症 【禁忌症】 1．葡萄糖—6磷酸脱氢酶（G—6PD）明显缺陷； 2．怀孕尤其是怀孕早期； 3．甲状腺功能亢进； 4．对臭氧过敏。 不同疾病具体治疗方法如下： （1）脑梗塞和脑溢血后遗症患者：进行光量子自血回输治疗，臭氧的浓度从20 ug/ml开始，随着患者对臭氧的适应，臭氧浓度逐渐递增，每次递增5个单位浓度，同时配合改善微循环的药物，脑血管疾病疗程至少为三个疗程，每周5次治疗，每疗程进行15次治疗，疗程之间休息半月或者一月，再进行下一疗程的治疗。脑溢血患者：主张在患者的急性期立刻进行光量子自血回输治疗，同时配合甘露醇静脉滴注，或者发生脑溢血后4小时之内治疗，90%以上的患者不会遗留后遗症，48小时之内治疗，85%的患者不会遗留后遗症。
爱因斯坦对量子理论的贡献
爱因斯坦对量子理论的贡献 －－量子百年纪念文章 高山 在纪念量子百年“诞辰”的这一时刻，我们有理由回顾一下它的发现者们艰辛探索的历程，这不仅是对他们的一种充满深深敬意和感谢的缅怀，同时也可以使我们从中获得进一步探索的勇气和力量。本文我们将简要介绍爱因斯坦对量子理论的贡献。 1901年发表第一篇科学文章，关于毛细现象 1905年光量子假说 1906年固体比热理论，指出普朗克量子假说的真实物理含义 1909年光的波粒二象性思想 1916年普朗克公式的重新推导，受激辐射理论 1924年玻色-爱因斯坦统计 1925年对德布罗意物质波思想的支持，促使薛定谔建立波动力学 1926年开始探索通过统一场论来表述完备的量子理论 1927年最早注意到量子力学与相对论的不相容性，开始反对玻尔等人的哥本哈根解释 1935年发表EPR文章，利用定域性假设论证量子力学的不完备性 1952年反对玻姆的隐变量理论 爱因斯坦无疑是当代人最熟悉的科学家的名字，他几乎成了科学家的神圣象征。最近，英国《物理世界》杂志评选出有史以来10位最杰出的物理学家，其中名列榜首的就是爱因斯坦。然而，尽管大多数人都知道爱因斯坦创立了相对论，但却并不了解他也曾经对量子理论做过同样，甚至更大的贡献。本文我们将主要介绍爱因斯坦对量子理论的贡献。 量子的真正发现者 1900年，普朗克在对黑体辐射的研究中第一个猜测到量子的存在。这一年的12月14日，普朗克在德国物理学会会议上提出了能量量子化假说，根据这一假说，在光波的发射和吸收过程中，发射体和吸收体的能量变化是不连续的，能量值只能取某个最小能量元的整数倍。然而，在普朗克的分析中，他只是将能量量子化作为一种方便的计算手段，而并没有赋予它真实的物理意义，更没有意识到能量量子化与经典力学及经典电动力学基础的根本背离。 在能量量子化假说提出之后，普朗克本人一直试图利用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性。此时，是爱因斯坦最早认识到普朗克量子假说的非经典特征，即能量的量子化假设与麦克斯韦电磁场理论是不相容的，并将这一假说大胆地应用到物理学的其他领域中，如光电效应（1905），固体比热（1906），光 化学现象(1912)，理想气体的玻色-爱因斯坦统计（1924）等。为此，科学史家 库恩甚至将爱因斯坦，而不是普朗克称为量子的发现者。 此外，爱因斯坦第一个指出了普朗克推导中的逻辑不一致性（1906），即同
光子学基础
摘要：本文介绍了光纤传感器与传统传感器的优点及传光、传感型光纤传感器的原理。之后 讲述了光纤传感器的分类及其特点，最后重点讲述了光纤传感器的应用，主要有在结构工程 检测方面、在桥梁检测方面、在岩土力学与工程方面、在食品工业中、军事技术。 关键字：光纤传感器原理军工应用工程检测 Abstract: This paper mainly introduces the advantages of the optical fiber sensor and the traditional sensor as well as the principles of the optical fiber sensor, including the type of light and the type of sensor. Besides, it describes the classification and features of the optical fiber sensor. At last, the paper focuses on the application of the optical fiber sensor, mainly in the aspects of structural engineering detection, bridge detection, rock-soil mechanics and engineering, food industry and military technology. Keywords: the optical fiber sensor; principle; military application; engineering detection 1.引言 光纤传感技术的发展始于20世纪70年代，是光电技术发展最活跃的分支之一[1]。近年来传感器产品收益日益增大，传感技术已成为衡量一个国家科学技术的重要标志。光纤传感器与传统的各类传感器相比，可用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，电绝缘性能好，抗电磁干扰能力强，非侵入性，高灵敏度，容易实现对被测信号的远距离监控，耐腐蚀，防爆，光路有可挠曲性，便于与计算机联接。因此光纤传感技术发展迅速，种类多样，被测物里量达70多种。基于相位调制的高精度、大动态光纤传感器也越来越受到重视，光纤光栅、多路复用技术、阵列复用技术使光纤传感器的应用范围和规模大幅度提高，分布式光纤传感器和智能结构更是当今的研究热点[2]。 2.原理 光纤传感器主要由光源、光纤、敏感元件、光电探测器和信号处理系统等部分组成，如图 1 所示[3]。由光源发出的光经光纤引导至敏感元件，光的某一性质在这里受到被测量调制，已调光经接收光纤耦合到光电探测器，使光信号变为电信号，最后经信号处理系统处理得到被测量。
光电效应
光电效应 光的干涉、衍射现象表明光具有波动性，光电效应表明光具有粒子性。关于光的波动性和粒子性并存的性质，称之为波粒二象性。一切涉及到普朗克常数的物理现象皆为量子现象。因此，普朗克常数是一个十分重要的物理常数。 实验目的 1．通过实验了解光的量子性。 2．利用爱因斯坦方程，测定普朗克常数。 实验原理及方法 金属表面在光照射下释放电子的现象称为光电效应。光的波动性无法解释光电效应。1905年爱因斯坦提出了光量子假说，成功地解释了光电效应。他认为光束是由能量E =hv 的光量子聚集而成，h 是普朗克常数，ν是光频率。在光与金属相互作用时，光子带着能量hv 穿过金属表面，金属中电子吸收光子能量后，一部分用于克服逸出金属表面所需的能量E 0（逸出功W ），剩余的能量(hv —W ?)成为光电子的初动能 212 m hv W υ=- （1） 式中m 是电子的质量，υ是光电子逸出金属表面时的初速度。这就是著名的爱因斯坦光电效应方程。 由于金属中电子的能量具有一定的分布，不同能量的电子吸收光子的概率也不相同，以及电子在向金属表面运动过程中能量损失也不尽相一致等原因，故逸出光电子的动能具有一定的分布。从金属中逸出时不因碰撞而损失能量时的光电子的动能，就是光电子的最大初动能。 式（1）表明只有ν≥0W v h =时，才能使光电子逸出金属表面。0v 称为截止频率，它取决于金属材料的逸出功。不同材料有不同的截止频率。一般碱金属的逸出功较低，故常用于光效应实验。 实验线路如图1所示，单色光从光电管的窗口入射到阴极K 上，从K 发射光电子向阳极A 运动，在外电路形成光电流。若在阳极上加一相对于阴极为正的电压，在光电管内形成加速电场，光电流随正向电压的增大而迅速增加，直至所产生的光电子全部到达阳极。此时光电流达到饱和。如果在阳极上加一相对于阴极为负的反向电压U ，则在光电管中形成一个阻止光电子运动到阳极的电场。因而，使从阴极逸出的光电子中只有那些动能221mv 大于eU 的光电子才能运动到阳极而被收集。逐渐增大反向电压U ，就会阻止更多的光电子到达阳极，使光电流逐渐减小。当反向电压达到使具有最大初动能的光电子也被阻止，即
光电效应光子
§ 21.1 光电效应光子 1 ?关于光子说的基本内容有以下几方面，不正确的是 A ?在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子 B ?光是具有质量、能量和体积的物质微粒 C ?光子的能量跟它的频率有关 D ?紫光光子的能量比红光光子的能量大 2 ?某金属在绿光的照射下发生了光电效应 A ?若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变 B ?若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加 C ?若改用紫光照射，则逸出的光电子最大初动能增加 D ?若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加 3.关于光电效应规律，下面哪些说法不正确 A .当某种色光照射金属表面时能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大 B .当某种色光照射金属表面时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多 C ?对某金属，入射光波长必须小于一极限波长，才能产生光电效应 D ?同一频率的光照射不同的金属，如果都能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大 4?用下面哪种射线照射同一种金属最有可能产生光电效应，且逸出的光电子速率最大 A .紫外线 B .可见光 C .红外线 D .伦琴射线 5?关于光电效应的下列事实，波动说无法解释的是 A ?有时光无论多强都无法使金属发生光电效应 B ?光电子从金属表面逸出，需要给与能量 C .入射光频率大于极限频率时，光电流的大小与入射光强度成正比 D .光电子的最大初动能与入射光的频率有关 6.在演示光电效应实验中，原来一带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一角度，如图所示，这时 A ?锌板带正电，指针带负电 B .锌板带正电，指针带正电 C ?锌板带负电，指针带正电 D ?锌板带负电，指针带负电
光量子血液疗法临床应用的几点体会
光量子血液疗法临床应用的几点体会 摘要】光量子疗法是取少量自身血液在体外充氧并给紫外线照射后再输到体内 的一种方法。我站应用北京博达技术研究所研制的WL-2B型光量子血疗仪，用来 治疗脑血管病，心血管病，CO中毒等疾病，取得了满意的疗效。 【关键词】光量子疗法临床应用体会 光量子疗法是取少量自身血液在体外充氧并给紫外线照射后再输到体内的一 种方法。 1 治疗方法 取患者静脉血200毫升，应用北京博达技术研究所研制的WL-2B型光量子血 液医疗仪，将血液置于光量子医疗仪中给与10个生物剂量的紫外线照射，同时 充氧，充氧量约5升/分，照射约15～20分钟后当血液呈鲜红色饱和后回输病人 体内，隔日1次，5次为1疗程，隔15～30天可行下疗程。 光量子血液疗法是用小剂量自血在体外经紫外线照射及充氧后再回输患者体 内的疗法。此法有提高血液氧分压，同时提高血红蛋白的携氧能力，改善机体缺 氧状态。血液经紫外线照射1分钟，相当于血液在空气中氧合20～30小时，加 之充氧，更提高了含氧量。使脑病变区域缺氧状态得到改善，改善微循环，从而 使残疾组织功能恢复，使因缺氧而处于冬眠状态的神经细胞迅速恢复功能。同时 血液经紫外线照射后，能产生高能量的光量子线粒体，产生的三磷酸腺苷增高， 红细胞弹性增强。氧的弥散半径增大，可以改善病变区域及周围的血液和血氧供应，加强缺血组织对氧利用并有利于脑功能恢复。从而促进了临床症状与体征明 显好转。 光量子血液疗法可以引起一系列生化反应，以不饱和脂肪酸为主，臭氧与不 饱和脂肪酸作用，形成臭氧化合物。其氧化性能高，能催化和激活未被照射的血 浆质，使之亦处于激化状态，容易使全身血液达到高能量水平。 光子量血液疗法可以降低血液粘度，降低红细胞和血小板聚集力，降低血脂和纤 维蛋白的水平，改善高凝状态，使血胆固醇水平下降，血管壁胆固醇斑块沉着减少，改善微循环，促进血肿及周围水肿带的吸收，减少脑水肿，降低颅内压，同 时可以减少急性期甘露醇的用量。 2 体会 2.1目测抽血发现血液粘稠，色泽暗红，随着治疗次数增多，血液粘稠度明显降低颜色明显改观，治疗效果满意。若抽血时血液粘稠度较大不易抽取，做2～3 次仍不见明显变化者则疗效较差。 2.2光照和充氧后立即快速15分钟内输入则疗效明显，若操作间距离病房远，输入速度超过半小时，则疗效较差。 2.3部分脑血栓患者配合脉络宁和蝮蛇抗栓酶等药物治疗比单纯药物疗法缩短了疗程，且疗效卓著，治愈率增高。 2.4光量子血液疗法对脑梗塞、冠心病、CD中毒等疾病疗效肯定。 2.5疗效差异与治疗的疗程长短有关，凡是坚持治疗5次者疗效都较好，再持续治疗，疗效更佳。 2.6疗效与病程有关，病程越短疗效越高。 2.7疗效与年龄有关，年龄轻、疗效高。 2.8疗效与患者情绪有关，精神紧张，心情不舒畅影响疗效。 2.9本疗法具有临床应用范围广，安全可靠，病人易接受，疗效满意，副作用
量子光学基础
习题21 21-1．测量星体表面温度的方法之一是将其看作黑体，测量它的峰值波长 m λ，利用维恩定 律便可求出T 。已知太阳、北极星和天狼星的m λ分别为60.5010m -?， 60.4310m -?和60.2910m -?，试计算它们的表面温度。 解：由维恩定律： m T b λ=，其中：310898.2-?=b ，那么： 太阳：3 6 2.8981057960.510m b T K λ--?===?； 北极星：36 2.8981067400.4310m b T K λ--?===?； 天狼星：3 6 2.8981099930.2910m b T K λ--?===?。 21-2．宇宙大爆炸遗留在宇宙空间的均匀背景辐射相当于温度为K 3的黑体辐射，试计算： （1）此辐射的单色辐出度的峰值波长； （2）地球表面接收到此辐射的功率。 解：（1）由m T b λ=，有34 2.898109.66103m b m T λ--?===?； （2）由4M T σ=，有： 42 4P T R σπ=?地，那么： 328494(637010) 5.67103 2.3410P W π-=?????=?。 21-3．已知000K 2时钨的辐出度与黑体的辐出度之比为259.0。设灯泡的钨丝面积为 2cm 10，其他能量损失不计，求维持灯丝温度所消耗的电功率。 解：∵4P T S σ=?黑体，消耗的功率等于钨丝的幅出度，所以， 44840.2591010 5.67102000235P S T W ησ--==?????=。 21-4．天文学中常用热辐射定律估算恒星的半径。现观测到某恒星热辐射的峰值波长为m λ；辐射到地面上单位面积的功率为W 。已测得该恒星与地球间的距离为l ，若将恒星看作黑体，试求该恒星的半径。（维恩常量b 和斯特藩常量σ均为己知） 解：由 m T b λ=恒星，4 M T σ=， 考虑到恒星辐射到地面上单位面积的功率?大球面=恒星表面辐出的功率， 有： 224 44W l R T ππσ?=?恒星恒星 ， ∴R =恒星 。 21-5．分别求出红光（5 710 cm λ-=?），X 射线（ A 25.0=λ），γ射线（ A λ2 1024.1-?=） 的光子的能量、动量和质量。
高中物理第四章波粒二象性光电效应与光量子假说导学案教科选修
2 光电效应与光量子假说 [目标定位] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的实验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简单的问题. 一、光电效应 1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象． 2．光电子：光电效应中发射出来的电子． 3．光电效应的实验规律 (1)对于给定的光电阴极材料，都存在一个截止频率ν0，只有超过截止频率ν0的光，才能引起光电效应． (2)光电流的大小由光强决定，光强愈大，光电流愈大． (3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系． (4)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9 s. 想一想 紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？ 答案 紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度． 二、爱因斯坦的光电效应方程 1．光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν. 2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝12mv 2 ＋A.其中A 为电子从金属内逸出表面时所需做的功． 想一想 怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？ 答案 爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功A 是光子飞出金属表面消耗的能量，12mv 2 是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律． 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题1 问题2 问题3 一、光电效应现象 1．光电效应的实质：光现象――→转化为 电现象． 2．光电效应中的光包括不可见光和可见光． 3．光电子：光电效应中发射出来的光电子，其本质还是电子．
第一节 光量子起源
第一章 激光基本原理 本章介绍激光最基本的原理，包括光量子的起源和激光的基本物理过程和基本特性。 第一节 光量子起源 光量子也称为光子（photon ），和牛顿力学质点概念类似，光子具有能量和 动量方面的特性，其含义是频率为ν、传播矢量为k 单色光波，其能量和动量是 某一个值的整数倍，能量最小值正比于光频率，动量最小值正比于波矢： k p h ==νε （1.1-1） 其中π2/,/10626.634h s J h =?=- ，称为普朗克（Planck ）常数。但光量子和牛顿力学的粒子有本质区别。牛顿力学的粒子被理解为一个体积为零的质点；光量子有区别于牛顿力学的、多方面的量子力学特性，例如能量不连续、测不准特性、非局域特性等特点。 在量子力学建立之前，已经建立了麦克斯韦方程组的电磁场理论。光波已经普遍被认为是频率很高的电磁波，其性质和微波以及其它电磁波是一样的，都满足麦克斯韦方程组。按照麦克斯韦方程组，电磁波的能量密度只与电场和磁场振幅有关： 20202 121H E W με+= （1.1-2） 光子能量和麦克斯韦方程组所导出能量密度差别很大，什么原因使人们愿意接受光量子概念而放弃电磁场理论呢？ 本节将介绍导致光量子概念的最早三个实验：黑体辐射、光电效应和康普顿散射。 1.1.1 黑体辐射 所谓黑体（Blank body ）是一种假想的物体，这种物体能够完全吸收所有波长电磁辐射。现实中并不存在这样的物体，相对于黑体，其它物体称为灰体（grey body ）。但可以构造一种结构，在一定程度上模拟黑体。这种结构如图（1－1）所示，是壁上开一个小孔的空心腔体。当波长远小于小孔口径的电磁波入射到空腔中时，在腔壁上多次反射后几乎全部被腔体吸收，再次从小孔反射出腔体的几率非常小。所以这样一个空腔黑体近似为黑体。设想这样一个装置置于环境中，由于周围都有环境光， 因此不断会有光从小孔入射进入腔体，这样腔体吸收环境光能量会越来越多，腔体的温度就会越来越高。这种情况有点像夏天停在室外的汽车，太阳光不断从车窗透过玻璃进入车内，使车内温度高得烫人。但是，根据热力学原理，腔体内温度最终应该和环境温度一致。因此为了保持能量平衡，
(整理)光量子学习题答案
《光量子学基础》习题答案（沈建其提供，2009年6月） 说明：习题难度非常低，大多习题均可以在ppt 中直接找到答案。 第一次习题： 1． 计算（1）：de Broglie 波长均为5埃（?）的电子、中子与光子的动量与能量各为多少？ 答：这三种粒子的动量都是342410 6.6310 1.3310510 p h λ---?===??Kg ·m/s (或24 1.310-? Kg ·m/s)。 电子的动能 () 2 242 1830 0 1.33100.96510220.91110 k p E m ---?= ==???J 6.03=eV （或6eV ） （1电子伏特＝19 1.6010 -?焦耳） 中子的动能 () 2 242 2127 0 1.33100.5261022 1.6710 k p E m ---?= ==???J 2 0.33010-=?eV 以上使用牛顿力学的动能公式（6.03eV 远比电子的静止能量2 0m c 约0.5MeV 小，0.0033eV 远比中子的静止能量2 0m c 约990MeV 小，说明没有必要使用相对论来计算） 但光子是相对论性粒子，必须用相对论来计算： 光子动能（总能）2481.3310 3.0010k E pc -==???J ＝4.001610-?J=2.503 10?eV 。 说明：虽然以上问题中，牛顿力学的动能公式是非常良好的近似，但使用相对论亦可。有 的学生计算了动能部分，有的学生计算了总能量2 E mc =，答案是开明的，都属对，但要知 道2 E mc =与动能2 2p m 之间如下关系： 粒子总能量2 E mc = ，动质量m = 2 E mc =可以用泰勒展开： 2246001...2E m c m v av bv =++++，其中20m c 为静止能量（rest energy ）, 201 2 m v 为牛顿 动能（它只是2E mc =的一部分）。只有当低速的时候，220012m c m v +才重要，其中2 012 m v 更重要。当高速的时候，2 012 m v 不再重要。此时应该用2E mc =等来计算。因此，本习题 求中子与电子的动能时，可以用如下两法：
第7章光子学基础
第7章光子学基础 第十七章光子学基础 传统光学主要是研究宏观光学特性，如光的折射、反射、成像及光传播时的干涉、衍射和偏振等波动性质，而未去探究其微观的物理原因。然而随着光学的发展，人们逐渐地注意研究光与物质(包括光子与光子)相互作用的微观特性，以及与这种微观特性相联系的光的产生、传播和探测等过程。同时，也逐渐注意研究光子承载信息的能力，以及它在承载信息时的处理和变换等基础问题。现在人们用光子光学(Photon Optics)或光子学(Photonics)来概括这一领域的研究。光子学在现代科学技术中的作用越来越显重要。 本章结合光电效应，引入光子学中的基本概念和关系式，讨论电磁场的量子化和光子的性质，并介绍两个应用。 第一节光的量子性 一、光电效应与爱因斯坦光子学说 (一)光电效应的规律 1887年赫兹在题为“关于紫外光对放电的影响”的论文中首先描述了物体在光的作用下释放出电子的现象，这就是通常所说的光电效应。一般采用图16-1a的装置观察金属的光电效应。电极K和A封闭在高真空容器内，光经石英小窗照射到金属阴极K上。当电极K受光照射时，光电子被释放出并受电场加速后形成光电流。实验发现光电流的大小与照射光的强度成正比，照射光中紫外线越强，光电效应越强。用一定强度和给定频率的光照射时，光电流i和两极间电位差u的实验曲线如图16-1b所示，称为光电流的伏安特性曲线。当u足够大时，光电uu流达到饱和值I;当u?时光电流停止(称为临界截止电压)。总结所有的m00 实验结果，得到如下规律:
(1) 对某一光电阴极材料而言，在入射光频率不变条件下，饱和电流的 大小与入射光的强度成正比。 (2) 光电子的能量与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关，频 率越高，光电子的能量就越大。 ,(3) 入射光有一截止频率(称为光电效应的红限)。在这个极限频率以0 下，不论入射光多强，照射时间多长，都没有光电子发射。不同的integrated energy, chemicals and textile Yibin city, are the three core pillars of the industry. In 2014, the wuliangye brand value to 73.58 billion yuan, the city's liquor industry slip to stabilise. Promoting deep development of integrated energy, advanced equipment manufacturing industry, changning district, shale gas production capacity reached 277 million cubic metres, built the country's first independent high-yield wells and pipelines in the first section, the lead in factory production and supply to the population. 2.1-3 GDP growth figure 2.1-4 Yibin, Yibin city, Yibin city, fiscal revenue growth 2.1.4 topography terrain overall is Southwest, North-Eastern State. Low mountains and hills in the city landscape as the main ridge-and-Valley, pingba small fragmented nature picture for "water and the second land of the seven hills". 236 meters to 2000 meters above sea level in the city, low mountain, 46.6% hills 45.3%, pingba only 8.1%. 2.1.5 development of Yibin landscapes and distinctive feature in the center of the city, with limitations, and spatial structure of typical zonal group, 2012-cities in building with an area of about 76.2km2. From city-building situation, "old town-the South Bank" Center construction is lagging behind, disintegration of the
光电效应
一．对光电效应实验规律，方程以及图像的考查 1.光电效应现象 光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做. 2.光电效应规律 (1)每种金属都有一个. (2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大. (3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是的. (4)光电流的强度与入射光的成正比. (1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子.光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s. (2)光电效应方程：. 其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功. 4.遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c. (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率).不同的金属对应着不同的极限频率. (3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，叫做该金属的逸出功. 1.1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象.关于光电效应，下列说法正确的是（AD ） A.当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应 B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比 D.某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效 应 2.用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度则 A.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变 B.逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小 C.逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小 D.光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了 3.关于光电效应的规律，下列说法中正确的是(D) A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生 B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
第1节 量子概念的诞生 第2节 光电效应与光量子假说
第1节量子概念的诞生 第2节光电效应与光量子假说 学习目标核心提炼 1.了解黑体辐射及能量子概念，知道黑体辐射的实 验规律。 3个概念——黑体黑体辐 射能量子 4个光电效应规律——截止 频率光强与光电流的关系 最大初动能与入射光频率的 关系瞬时性 1个光电效应方程——hν＝ 1 2 m v2＋A 2.知道普朗克提出的能量子假说。 3.了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础 的科学研究方法。 4.知道光电效应方程及其意义，感受科学家在面对 科学疑难时的创新精神。 一、热辐射、黑体与黑体辐射 1.热辐射：我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，辐射强度随波长的分布与物体的温度有关。 2.黑体：能够全部吸收外来电磁波而不发生反射的物体。 3.一般材料物体的辐射规律：辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。 4.黑体辐射：加热腔体，黑体表面就向外辐射电磁波的现象。 思考判断 (1)只有高温物体才能辐射电磁波。() (2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。() (3)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大。()
答案(1)×(2)√(3)√ 二、能量子 1.定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 2.能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常数。h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。 3.能量子提出的意义：打破了一切自然过程都是连续变化的经典看法，第一次向人们展示了自然界的非连续特性。 思考判断 (1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。() (2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比。() 答案(1)√(2)√ 三、光电效应 1.光电效应：当光照射在金属表面上时，金属中的电子吸收光的能量而逸出金属表面的现象。 2.光电子：光电效应中发射出来的电子。 3.光电效应的四个特征 (1)发生条件：对于给定的光电阴极材料，都存在一个截止频率ν0，只有超过截止频率ν0的光，才能引起光电效应。 (2)光电流的大小：由光强决定，光强愈大，光电流愈大。 (3)光电子的最大初动能：与入射光的频率成线性关系。 (4)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9s。 思考判断 (1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应。() (2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关。() (3)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射的。() 答案(1)×(2)×(3)√ 四、爱因斯坦的光子说与光电效应方程
光电效应 光子.
光电效应光子 2008-01-21 教学目标 知识目标 （1）知道光电效应现象 （2）知道光子说的内容，会计算光子频率与能量间的关系 （3）会简单地用光子说解释光电效应现象 （4）知道光电效应现象的一些简单应用 能力目标 培养学生分析问题的能力 教学建议 教材分析 分析一：课本中先介绍光电效应现象，再学习光子说，最后用光子说解释光电效应现象产生的原因。本节内容说明光具有粒子性，从而引出量子论的基本知识。 分析二：光电效应有如下特点：①光电效应在极短的时间内完成；②入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应现象；③在已经发生光电效应的条件下，逸出的光电子的数量跟入射光的强度成正比；④在已经发生光电效应的条件下，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。 教法建议 建议一：对于光电效应现象先要求学生记住光电效应的实验现象，然后运用光子说去解释它，这样可以加深学生的理解。 建议二：学生应该会根据逸出功求发生光电效应的极限频率，但可以不要求运用爱因斯坦光电效应方程进行计算。
教学设计示例 光电效应、光子 教学重点：光电效应现象 教学难点：运用光子说解释光电效应现象 示例： 一、光电效应 1、演示光电效应实验，观察实验现象 2、在光的照射下物体发射光子的现象叫光电效应 3、现象： （1）光电效应在极短的时间内完成； （2）入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应现象； （3）在已经发生光电效应的.条件下，逸出光电子的数量跟入射光的强度成正比； （4）在已经发生光电效应的条件下，光电子最大初动能随入射光频率的增大而增大。 4、学生看书上表格常见金属发生光电效应的极限频率 5、提出问题：为什么会发生3中的现象 二、光子说 1、普朗克的量子说 2、爱因斯坦的光子说 在空间传播的光不是连续的，而是一份份的，每一份叫做光量子，简称光子。 三、用光子说解释光电效应现象 先由学生阅读课本上的解释过程，然后教师提出问题，由学生解释。 四、光电效应方程 1、逸出功
量子物理学-光电效应与光量子假说20150920
一、光电效应的实验规律 1、光电效应 光照射在金属及其化合物的表面上发射电子的现象称为光电效应（photoelectric effect ）。实验装置为光电管，在阴极金属表面逸出的电子称为光电子（photoelectron ），电路中出现的电流形成光电流（photocurrent ）。 2、实验规律： （1）饱和光电流：电流强度随光电管两端电压的增加而增加，在入射光强一定时光电流会随U 的增大而达到一饱和值i m ，且饱和电流与入射光强I 成正比。 （2）遏止电压：将光电管上的电压反向，电子的运动受到抑制，实验发现当反向电压不太大时仍有光电流存在，这说明从阴极发射的光电子具有一定的初速度，当反向电压大到一定数值U a 时光电流完全变为零，称U a 为遏止电压。显然电子有初动能与U a 之间有关系 a eU m =2v 2 1 （3）红限（截止）频率：当入射光的频率改变时遏止电压随之改变，实验发现两者成线性关系 0U K U a -?=ν 只有当入射光频率ν大于一定的频率ν0时，才会产生光电效应，ν0称为截止频率或红限频率。 Ua
从不同材料的U a -ν曲线可看出：不同材料的图线的斜率相同，但在横轴上的截距不同。说明K 与金属材料种类无关，但U 0与金属材料种类有关。 （4）光电效应瞬时发生的：当入射光无论如何弱，光电子在光照射的瞬间可产生，驰豫时间不超过10-9秒。 二、爱因斯坦的光量子假设 1、经典物理学所遇到的困难 金属表面对电子具有束缚作用，电子脱离金属表面所需要的能量，所需的最少能量称为逸出功，用 A 表示，显然有 A eU A m E a photon +=+=2v 2 1 其中E photon 为吸收的电磁波能量。 按照光的经典电磁理论：光波的强度与频率无关，电子吸收的能量也与频率无关，不存在截止频率！若用极微弱的光照射，阴极电子积累能量达到逸出功A 需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生！ 2、爱因斯坦光量子假设（1905年） 为了解释光电效应，爱因斯坦假设： （1）光是由一颗一颗的光子（光量子）组成，每个光子的能量与其频率成正比，即 ν?=h E （2）一个光子只能整个地被电子吸收或放出，光量子具有“整体性”。 （3）根据能量守恒定律，电子在离开金属面时具有的初动能 A eU A m h a +=+=2v 2 1ν 上式即为光电效应方程。 利用爱因斯坦光电方程可以解释光电效应的瞬时性问题和红限频率问题。 3、光电效应的实验验证 Millikan 极力反对爱因斯坦的光子假说，花了十年测量光电效应，得到了遏止电压和光子频率的严格线性关系 ()? ??==?-==eK h eU A U K e eU m a m 002v 21ν 由直线斜率K 的测量可以确定（光电效应）普朗克常数。 爱因斯坦年由于他在光电效应方面的工作而获1921年诺贝尔物理学奖；R. A. Millikan （密立根），1923诺贝尔物理学奖得主，研究元电荷和光电效应，通过油滴实验证明电荷有
光子学基础报告
姓名：曾福江 学号：20121002251 班级：075123 课程名称：光子学基础任课老师：王宏
光学隐身技术 1.1基本资料 隐形技术（stealth technology），准确的术语应该是“低可探测技术”，即通过研究利用各种不同的技术手段来改变己方目标的可探测性信息特征，最大程度地降低对方探测系统发现的概率，使己方目标，己方的武器装备不被敌方的探测系统发现和探测到。隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸，它的出现，使伪装技术由防御性走向了进攻，有消极被动变成了积极主动，增强部队的生存能力，提高对敌人的威胁力。雷达和通信设备工作时会发出电磁波，表面会反射电磁波，运转中的发动机和其他发热部件会辐射红外线，以及物体（如飞机）会反射照射向它的雷达波，这样，就使武器装备与它所处的背景形成鲜明对比，容易被敌人发现。通过多种途径，设法尽可能减弱自身的特征信号，降低对外来电磁波、光波和红外线反射，达到与它所外的背景难以区分，从而把自己隐蔽起来。这就是“低可探测技术”。隐形技术涉及到电子学、材料学、声学、光学等许多技术领域，是第二次世界大战后的重大军事技术突破之一。隐形技术包括：雷达隐形、红外隐形、磁隐形、声隐形和可见光隐形等。很多武器装备，如飞机、导弹、舰船、坦克、战车、水雷、大炮等，都可以采取隐身措施把自己隐蔽起来。首先出现的是隐形飞机，通过降低雷达截面和减小自身的红外辐射实现隐形。作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，它受到世界各主要军事国家的高度重视，从20世纪50年代开始发展以来，随着技术的发展，从简单的伪装到现代反声、光、电、磁等探测的隐身技术。现代隐身技术主要包括反雷达探测、反红外探测、反电子探测、反可见光探测和反声波探测等隐身技术，近年来激光制导武器的快速发展，使得反激光探测技术(即激光隐身技术)也成为了各国竞相研究的对象。 1.2隐身技术实现的原理 如图，A是某个物体, c是光线,假如来自四面八方不同角度照射到物体A上的光线，当要接近物体A时都自觉的绕过A后，继续沿着光线c原来的传播方向继续前进。那么这时物体A将成为隐身，人们就看不到物体A了。假如我们以后找到某种办法,迫使自己周围的光线百分之百的绕道后继续沿着光线自己原来的传播途径继续前行，那么我们自己就在光学上隐身了。 1.3光学隐身与反隐身技术的新动向 隐形技术的出现促使战场军事装备向隐形化方向发展。由于各种新型探测系统和精确制导武器的相继问世，隐形兵器的重要性与日俱增。以美国为首的各军事强国都在积极研究隐形技术，取得了突破性进展，相继研制出隐形轰炸机、隐形战斗
光电效应测普朗克常量讲解
什么叫光电效应？ 1)概述 在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应。 (2)说明 ①光电效应的实验规律。 a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。 c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。 d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lO-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。 ②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。爱因斯坦方程是 hυ=(1/2)mv2+I+W 式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。 金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为 hυ=(1/2)mv2+W 假如hυ