人教版選修35 第17章第2節(jié)光的粒子性 課件(33張).ppt

第17章第2節(jié)光的粒子性 人教版高中物理選修3 5 重難點(diǎn)一 光電效應(yīng) 1 光電效應(yīng)現(xiàn)象 如下圖所示 用弧光燈照射鋅板 與鋅板相連的驗(yàn)電器就帶正電 即鋅板也帶正電 這說明鋅板在光的照射下發(fā)射出了電子 1 定義 在光的照射下物體發(fā)射出電子的現(xiàn)象 叫作光電效應(yīng) 發(fā)射出來的電子叫作光電子 2 研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置 如下圖所示 陰極k和陽極a是密封在真空玻璃管中的兩個電極 k在受到光照時(shí)能夠發(fā)射光電子 電源加在k與a之間的電壓大小可以調(diào)整 正負(fù)極也可以對調(diào) 2 光電效應(yīng)的規(guī)律 1 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 首先在入射光的強(qiáng)度與頻率不變的情況下 iu的實(shí)驗(yàn)曲線如下圖所示 曲線表明 當(dāng)加速電壓u增加到一定值時(shí) 光電流達(dá)到飽和值im 這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)從陰極k射出的光電子全部到達(dá)陽極a 若單位時(shí)間內(nèi)從陰極k上逸出的光電子數(shù)目為n 則飽和電流im ne 式中e為電子電荷量 另一方面 當(dāng)電壓u減小到零 并開始反向時(shí) 光電流并沒有降為零 這就表明從陰極k逸出的光電子具有初動能 在用相同頻率不同強(qiáng)度的光去照射陰極k時(shí) 得到的iu曲線如圖甲所示 它顯示出對于不同強(qiáng)度的光 uc是相同的 這說明同頻率 不同強(qiáng)度的光所產(chǎn)生的光電子的最大初動能是相同的 此外 用不同頻率的光去照射陰極k時(shí) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果是 頻率越高 uc越大 如圖乙所示 并且 與uc呈線性關(guān)系 如圖丙所示 頻率低于 c的光 不論強(qiáng)度多大 都不能產(chǎn)生光電子 因此 c稱為截止頻率 對于不同的材料 截止頻率不同 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 飽和電流im的大小與入射光的強(qiáng)度成正比 也就是單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比 見圖甲 光電子的最大初動能 或遏止電壓 與入射光線的強(qiáng)度無關(guān) 見圖甲 圖中io1 io2 io3表示入射光強(qiáng)度 而只與入射光的頻率有關(guān) 頻率越高 光電子的初動能就越大 見圖乙 頻率低于 c的入射光 無論光的強(qiáng)度多大 照射時(shí)間多長 都不能使光電子逸出 光的照射和光電子的逸出幾乎是同時(shí)的 在測量的精度范圍內(nèi) 10 9s 觀察不出這兩者間存在滯后現(xiàn)象 光電效應(yīng)中幾個易混淆的概念1 光子與光電子光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量 光子不帶電 光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子 其本質(zhì)是電子 光子是光電效應(yīng)的因 光電子是果 2 光電子的動能與光電子的最大初動能光照射到金屬表面時(shí) 光子的能量全部被電子吸收 電子吸收光子的能量 可能向各個方向運(yùn)動 需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量 剩余部分為光電子的初動能 只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí) 只需克服原子核的引力做功 才具有最大初動能 光電子的初動能小于等于光電子的最大初動能 3 光子的能量與入射光的強(qiáng)度光子的能量即每個光子的能量 其值為e h 為光子的頻率 其大小由光的頻率決定 入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量 入射光的強(qiáng)度等于單位時(shí)間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積 4 光電流和飽和光電流金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極 回路中便產(chǎn)生光電流 隨著所加正向電壓的增大 光電流趨于一個飽和值 這個飽和值是飽和光電流 在一定的光照條件下 飽和光電流與所加電壓大小無關(guān) 1 光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是光現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為電現(xiàn)象 2 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí) 飽和光電流與入射光的強(qiáng)度有關(guān) 要明確不同頻率的光 不同金屬與光電流的對應(yīng)關(guān)系 特別提醒 重難點(diǎn)二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 1 解釋光電效應(yīng)中的疑難 1 逸出功 使電子脫離某種金屬所做功的最小值 用w0表示 不同金屬的逸出功不同 2 光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾 矛盾之一 光的能量與頻率有關(guān) 而不像波動理論中應(yīng)由振幅決定 按光的波動理論 不論光的頻率如何 只要照射時(shí)間足夠長或光的強(qiáng)度足夠大就可以產(chǎn)生光電效應(yīng) 但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件卻是入射光頻率大于某一極限頻率 且光電效應(yīng)的最大初動能與入射光頻率成線性關(guān)系 均與光的強(qiáng)度無關(guān) 根據(jù)能量的觀點(diǎn) 電子要從物體中飛出 必須使之具有一定的能量 而這一能量只能來源于照射光 為什么實(shí)驗(yàn)表明發(fā)射電子的能量與照射光的強(qiáng)度無關(guān) 而與光的頻率有關(guān) 這個問題曾使物理界大為困惑 使經(jīng)典的光的波動理論面臨挑戰(zhàn) 矛盾之二 光電效應(yīng)產(chǎn)生的時(shí)間極短 電子吸收光的能量是瞬時(shí)完成的 而不像波動理論所預(yù)計(jì)的那樣可能逐漸積累 當(dāng)一束很細(xì)的光照射到物體上時(shí) 它的能量將分布到大量的原子上 怎么可能在極短時(shí)間內(nèi)把足夠的能量集中到電子上而使之從物體中飛出 1 逸出功和截止頻率均由金屬本身決定 與其他因素?zé)o關(guān) 2 光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大 但不是正比關(guān)系 特別提醒 1 每秒陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動能 2 如果把照射陰極綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍 每秒陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極的最大初動能 重難點(diǎn)三 康普頓效應(yīng) 1 光的散射 光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用 光的傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象叫作光的散射 2 康普頓效應(yīng) 在散射線中 除有與入射波長相同的射線外 還有波長比入射線波長更長的射線 人們把這種波長變化的現(xiàn)象叫作康普頓效應(yīng) comptoneffect 欄目鏈接 3 光子說對康普頓效應(yīng)的解釋 假定x射線光子與電子發(fā)生完全彈性碰撞 這種碰撞跟臺球比賽中的兩球碰撞很相似 按照愛因斯坦的光子說 一個x射線光子不僅具有能量 h 而且還有動量 如下圖所示 這個光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰 光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子 能量由h 減小為h 因此頻率減小 波長增大 同時(shí) 光子還使電子獲得一定的動量 這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng) 1 假定x射線光子與電子發(fā)生彈性碰撞 光子和電子相碰撞時(shí) 光子有一部分能量傳給電子 散射光子的能量減少 于是散射光的波長大于入射光的波長 2 康普頓效應(yīng)進(jìn)一步揭示了光的粒子性 也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性 特別提醒 特別提醒 典型例題 多選 關(guān)于康普頓效應(yīng) 下列說法正確的是 a