大学物理实验光的力学效应系列实验

光的力学效应-系列实验主要内容....................................................................................................................................................................1一光的力学效应-历史与未来..............................................................................................................................2二光镊技术..............................................................................................................................................................4三创建光的力学效应教学实验的意义................................................................................................................14四光的线性动量实验............................................................................................................................................16五实验小结............................................................................................................................................................24六结束语................................................................................................................................................................24主要内容光的力学效应?光有力量吗?光子与物体的相互作用光携带有能量和动量(线性动量和角动量),光与物体相互作用时彼此交换能量和动量.光子能量:?h?E光子动量:?/hP?光的动量是光的基本属性之一。光与人类生活的关系非常密切,伴随科学的发展和人类文明的进步,人们对光的认识也越来越深入。光与物质相互作用—光的效应.光的效应:在光的作用下,物体宏观上产生的各种现象光的热学效应:光与物体相互作用时物体的温度发生变化.—常见现象光的力学效应:光与物质间交换动量,使受光照射的物体获得一个力或力矩,物体发生位移,速度和角度的变化.—难以察觉(光电效应,磁光效应,光化学效应,…)本讲光的力学效应主要内容安排:一.光的力学效应-历史与未来1.光-动量-光压-力2.普通光和激光的力学效应3.激光的力学效应(微观,界观,宏观)4.光镊--光的力学效应的典型二.光镊技术1.原理-单光束梯度力光阱2.特点和功能3.应用列举三.创建光的力学效应系列实验的意义1.线性动量2.角动量四.光的线性动量实验1.实验预习和基础2.实验内容五.结束语一.光的力学效应-历史与未来光---动量---光压---力1616年开普勒---提出光压的概念---从光的粒子性观念出发.具有一定动量的光子入射到物体上时无论是被吸收或反射,光子的动量都会发生变化,因而必然会有力作用在物体上,这种作用力我们通常称为光压。康普顿效应历史上,康普顿效应是光子学说的重要实验依据,也是光子具有动量的直接证明。典型的例子有X光的康普顿散射。1923年美国物理学家康普顿在研究X射线光子与自由电子之间的弹性碰撞,解释了实验观察到的各种现象。在这一弹性碰撞过程中,光子与电子相互作用,不仅要遵循能量守恒定律,而且要遵循动量守恒定律。光子具有动量,这在一些研究物质微观过程中起着重要的作用。为什么我们感受不到光的压力?单个光子动量很小:?27?km?m/~10/sP?h烈日:1达因/平方米是标准大气压的亿万分之一普通光源的力学效应微乎其微!光子密度低,方向性差!实验观测和测量极其困难!1960年激光问世:-----高的光子流密度的激光束方向性好,高亮度光的力学效应能够得到充分展示10mw的He-Ne激光,亮度是太阳的一万倍!会聚光束的焦点处1微米小球受到的力可达10-6牛顿。光的力学效应研究进入了一个全新的时代!光的力学效应的应用:1光与微观粒子的相互作用原子的激光冷却和捕陷---1997年诺贝尔物理学奖S.朱棣文C,C,达诺基W,D,菲利浦斯玻色-爱因斯坦凝聚的研究---2001年诺贝尔物理学奖克特勒康奈尔E.A.维曼C.E.2光的宏观力学效应世界上最大的功率和能量密度:激光输出脉冲功率已经超过1016w;聚焦强度达8×1013ν/cm2;可产生亿度以上的高温,能焊接、加工和切割最难熔的材...

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