17.2光的粒子性ppt課件

1、1光的粒子性2問題：光究竟是什么？問題：光究竟是什么？3把擦得很亮的鋅板連接在驗電器上，用紫外線燈照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。說明什么現(xiàn)象？實驗演示實驗演示表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電4 當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。子稱為光電子。5光電子定向移動形成的電流叫光光電子定向移動形成的電流叫光電流電流 6光照不變，增大光照不變，增大UAK，A表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值（飽和電表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值（飽和電流）。流）。在光照條

2、件一定時，單位時間內(nèi)在光照條件一定時，單位時間內(nèi)K發(fā)射的電子數(shù)目是一定的。發(fā)射的電子數(shù)目是一定的。實驗表明：實驗表明：入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。規(guī)律一發(fā)射的光電子數(shù)越多。規(guī)律一7加反向電壓，如右圖所示：加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若光電子作減速運動。若c221eUvmcecv速率最大的是U=0時，時，I0，因為電子有初速度，因為電子有初速度則則I=0，(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率a.存在存在遏止電壓遏止電壓滿足

3、式中式中UC為遏止電壓為遏止電壓實驗表明實驗表明: 改變時，改變時，a.存在存在遏止電壓遏止電壓(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率8.b.存在存在截止頻率截止頻率從實驗中可以看出，當入射光的頻率減小到某一數(shù)值從實驗中可以看出，當入射光的頻率減小到某一數(shù)值C時，即使不施加反向電時，即使不施加反向電壓也沒有光電流，這表明已經(jīng)沒有光電子了。壓也沒有光電流，這表明已經(jīng)沒有光電子了。 C稱為截止頻率或極限頻率。稱為截止頻率或極限頻率。(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率9.10實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：即使入射光的強度非常即使入射光的強度非常微弱，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射

4、就立即偏轉(zhuǎn)。微弱，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10109 9 秒（這個現(xiàn)象一般稱秒（這個現(xiàn)象一般稱作作“光電子的瞬時發(fā)射光電子的瞬時發(fā)射”）。規(guī)律四）。規(guī)律四(3)光電效應具有瞬時性光電效應具有瞬時性11使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功逸出功。溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。12光

5、越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關。應與光的強弱有關。不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。應存在截止頻率。如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于109s。 以上三個結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電以上三個結(jié)論都與實

6、驗結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應。效應。（波的能量是由振幅決定的）（波的能量是由振幅決定的）13光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為率為 的光的能量子為的光的能量子為h。這些能量子后來被稱為。這些能量子后來被稱為光子。光子。愛因斯坦的光子愛因斯坦的光子說說hE ：142.愛因斯坦的光電效應方程愛因斯坦的光電效應方程：0WEhk0WhEk或或光電子最大初動能光電子最大初動能 金屬的逸出功金屬的逸出功 W0221cekvmE 電子一般情況下只吸收一個光子，獲得的能量是電子一般情況下只吸收一個光子，獲得的能量是h，這些能量

7、一部分能量用來克服，這些能量一部分能量用來克服金屬的逸出功金屬的逸出功，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：，即：153.3.光子說對光電效應的解釋光子說對光電效應的解釋愛因斯坦方程表明，光電子的初動能愛因斯坦方程表明，光電子的初動能Ek與入射光的頻率與入射光的頻率 成線性關系，與光成線性關系，與光強無關。只有當強無關。只有當h時，才有光電子逸出，時，才有光電子逸出， 就是光電效應的截止頻率。就是光電效應的截止頻率。hWc0電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是

8、瞬時發(fā)生的。瞬時發(fā)生的。光強較大時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流光強較大時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。大。16 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。為它完全違背了光的波動理論。 美國物理學家密立根，花了十年時間做了美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應光電效應”實驗，結(jié)果在實驗，結(jié)果在1915年年證實了愛因斯坦方程，證實了愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了的值與理論值完全一致，

9、又一次證明了“光量子光量子”理論理論的正確。的正確。17思考與討論思考與討論ceUWh0cceKeUvmE221因為可得代入0WhEk18愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾年諾貝爾物理學獎貝爾物理學獎密立根由于研究基本電荷和光電效應，特密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得小單位。獲得19231923年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎191.光的散射光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向

10、發(fā)生改變因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射這種現(xiàn)象叫做光的散射2.2.康普頓效應康普頓效應 1923 1923年康普頓在做年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線。20213.3.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體晶體 光闌光闌X 射線管射線管探探測測器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射物質(zhì))j 0散射波長散射波長 22231.1.有力地支持了愛因斯坦有力地支持了愛因斯坦“光量子光

11、量子”假設；假設； 2.2.首次在實驗上證實了首次在實驗上證實了“光子具有動量光子具有動量”的假設；的假設；3.3.證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D于康普頓于19271927年獲諾貝爾物理獎。年獲諾貝爾物理獎。2419251926年，吳有訓測試了多種物質(zhì)對年，吳有訓測試了多種物質(zhì)對X射線的射線的散射，證實了康普頓效應的普遍性。散射，證實了康普頓效應的普遍性。4.吳有訓對研究康普頓效應的貢獻吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作

12、.對證實康普頓效應作出了對證實康普頓效應作出了重要貢獻。重要貢獻。 （1897-19771897-1977） 吳有訓吳有訓252mcE hchcchmcP2hE 2chm261.1.在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，如圖所示，連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，如圖所示，這時這時( )( )A.A.鋅板帶正電，指針帶負電鋅板帶正電，指針帶負電B.B.鋅板帶正電，指針帶正電鋅板帶正電，指針帶正電C.C.鋅板帶負電，指針帶正電鋅板帶負電，指針帶正電D.D.鋅板帶負電，指針帶負電鋅板帶負電，指針帶負電B練習