Квантовая оптика. Продолжение

1. Квантовая оптика

продолжение

2. ПЛАН ЛЕКЦИИ

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Фотоны. Энергия, масса и импульс фотона.
Фотоэффект. Виды фотоэффекта.
Законы внешнего фотоэффекта.
Квантовая теория фотоэффекта. Уравнение
А.Эйнштейна.
Объяснение законов внешнего фотоэффекта
квантовой теорией (с помощью уравнения А.
Эйнштейна).
Давление света.
Эффект Комптона.
Корпускулярно- волновой дуализм
электромагнитного излучения

3. Ф О Т О Н Ы

ФОТОНЫ

4. Энергия фотона

Свет
испускается,
поглощается
и
распространяется
дискретными
порциями
(квантами), названными фотонами.
Энергия фотона
E h

5. Масса фотона

Масса движения фотона находится из
закона взаимосвязи массы и энергии
h
m 2
c
Фотон
–
элементарная
частица,
которая всегда движется со скоростью
света с и имеет массу покоя, равную
нулю.

6. Импульс фотона

Импульс фотона определяется по формуле
E0 h h
р
c
c

7. ФОТОЭФФЕКТ

8. Фотоэффект

Фотоэлектрическим
эффектом
(фотоэффектом)
называется
явление взаимодействия света с
веществом, в результате которого
энергия
фотонов
передается
электронам вещества. Различают
внешний, внутренний и вентильный
фотоэффект.

9.

ФОТО
ЭФФЕКТ
ВЕНТИЛЬВНЕШНИЙ ВНУТРЕН.
НЫЙ

10.

11.

12. ФОТОЭФФЕКТ

Русский физик
Александр
Григорьевич
Столетов,
открывший
фотоэффект...

13.

14. Закономерности, установленные А. Г. Столетовым

1. Наибольшее действие оказывают УФ
лучи.
2. Сила тока возрастает с увеличением
освещённости пластины (т.е. его
интенсивности)
3. Испускаемые под действием света
заряды имеют отрицательный знак

15.

16.

jH en
m
eU з .
2
2
max
2eU з
.
m

17.

Uз
U з U 2 U1 U 2 U1
Екмакс еU з e U 2 U1

18.

Е Е0 cos t
А
m
2
2
max
A,
e Е0
m
2
,

19.

m
2
2
max
E Ef A
E0 E f A
Еmax А
A,
A E0 E f

20.

А,
А
0 ,
2 с
0
.
А

21.

А. Эйнштейн

22. Квантовая теория фотоэффекта

Если на поверхность металла падает квант
света и его энергия больше энергии связи
электрона с атомом, то, поглотив данную
энергию, электрон вылетает из металла.
Произойдет фотоэффект.

23. Первый закон внешнего фотоэффекта

При
фиксированной
частоте
падающего
света
число
фотоэлектронов, вырываемых из
катода
в
единицу
времени,
пропорционально
интенсивности
света (сила фототока насыщения
пропорциональна энергетической
освещенности Е катода).

24. Объяснение первого закона внешнего фотоэффекта квантовой теорией

Чем
больше
освещенность
(интенсивность света), тем больше
квантов, а каждый квант поглощается
одним электроном, значит, будет
больше вылетевших электронов.

25. Второй закон внешнего фотоэффекта

Максимальная начальная скорость
(максимальная начальная кинетическая
энергия) фотоэлектронов не зависит от
интенсивности падающего света, а
определяется только его частотой, а
именно
линейно
возрастает
с
увеличением частоты.

26. Объяснение второго закона внешнего фотоэффекта квантовой теорией

Из уравнения Эйнштейна видно, что
максимальная
кинетическая
энергия
(максимальная
начальная
скорость)
вылетевших электронов зависит от частоты
падающего света (пропорционально ).
h Aвыхода
2
m max
2

27. Третий закон внешнего фотоэффекта

Для каждого вещества существует
«красная граница» фотоэффекта,
т.е. минимальная частота 0
света (зависящая от химической
природы вещества и состояния
его поверхности), при которой
свет
любой
интенсивности
фотоэффекта не вызывает.

28. Объяснение третьего закона внешнего фотоэффекта квантовой теорией

Из уравнения видно, что фотоэффект
произойдет при условии если ,
h 0 Aвыхода
то есть энергии кванта должно, хватить на
то, чтобы вырвался электрон.
Красная граница фотоэффекта
зависит
от Aвыхода , то есть от химической природы
металла и состояния его поверхности (для
каждого металла Aвыхода своя).

29. Четвёртый закон внешнего фотоэффекта

Фотоэффект практически безынерционен:
он немедленно возникает при освещении
поверхности металла, но при условии, если
0

30. Объяснение четвёртого закона внешнего фотоэффекта квантовой теорией

Согласно квантовой теории энергия
излучения
E h
сосредоточена в отдельных порциях –
квантах, что повышает ее ценность.
Поэтому электрон захватывает всю
энергию кванта и способен вырваться с
поверхности металла.

31. Масса и Импульс Ф О Т О Н А

Масса и Импульс
ФОТОНА

32.

E
E m c
2
m 2
c
2 2
p m c
c
k
E c
2
2
p m0
2
p k
c
2
m0 0
p
m c
c
c
E

33. Корпускулярно- волновой дуализм электромагнитного излучения

Свет
одновременно
обладает
свойствами
непрерывных
электромагнитных
волн
(интерференция, дифракция, поляризация) и
свойствами дискретных фотонов (теплового
излучение, фотоэффект, эффект Комптона).
В этом заключается корпускулярно-волновой
дуализм (двойственность) электромагнитного
излучения.

34.

35. Давление света

36. Петр Николаевич ЛЕБЕДЕВ (1866—1912)

Основатель выдающейся
школы
физиков
Московского
университета.
Первым
измерил
давление
света
на
твердые
тела,
экспериментально
доказав
наличие
импульса
у
электромагнитного
излучения (1897—1901).
Впервые
измерил
световое давление на
газы.

37. Давление света

Световое давление определяется по
формуле
Е0
Р
(1 )
с
– коэффициент отражения света;
где
Е0 – энергия, падающая на единицу поверхности
за единицу времени
Е0 = N h v,
где N – число фотонов, падающих на единицу
поверхности за одну секунду.

38. Эффект Комптона

Эффект Комптона (Комптон-эффект) —
явление изменения длины волны
электромагнитного
излучения
вследствие
рассеивания
его
электронами.
Обнаружен американским физиком Артуром
Комптоном в 1923 году для рентгеновского
излучения. В 1927 Комптон получил за это
открытие Нобелевскую премию по физике.

39. Артур Комптон

Артур Комптон
(Compton)
(американский
физик)
Нобелевский
лауреат по
физике.

40.

к 2,43 10
12
м 2,43пм

41. Эффект Комптона

2 к (1 cos )
/
h
12
к
2.426 10 м
m0c

42.

Диаграмма импульсов при упругом
фотона на покоящемся электроне.
рассеянии

43. Эффект Комптона

Кривые распределения интенсивности в
спектре
излучения,
рассеянного
под
некоторыми углами.

44. Примеры задач