高二物理光的粒子性

1、高二物理光的粒子性 第1頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四17.2科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性第2頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能：1通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量2、情感態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。3、【重點(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2、難點(diǎn)：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義第3頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四問題1：回顧前面的學(xué)習(xí)，總

2、結(jié)人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程？第4頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電 器張角增大到約為 30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。一、光電效應(yīng)現(xiàn)象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電第5頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電 器張角增大到約為 30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律第6頁，

3、共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四1.什么是光電效應(yīng) 當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流 第7頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。實(shí)驗(yàn)表明：入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。陽極陰極第8頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四：使光電流減小到零

4、的反向電壓+ + + + + + 一 一 一 一 一 一v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，光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若最大的初動(dòng)能U=0時(shí)，I0，因?yàn)殡娮佑谐跛俣葎tI=0，式中UC為遏止電壓一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(2)存在遏止電壓和截止頻率a.存在遏止電壓UCEEUFKA第9頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四IIsUaOU黃光（ 強(qiáng)）黃光（ 弱）光電效應(yīng)伏安特性曲線遏止電壓飽和電流一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律蘭光Ub(2)存在遏止電壓和截止頻率陽極陰極第10頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,

5、 無論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的. 光的頻率 改變是，遏止電壓也會(huì)改變。一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(2)存在遏止電壓和截止頻率a.存在遏止電壓UC光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。陽極陰極第11頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律b.存在截止頻率c對(duì)于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率c 。 當(dāng)入射光頻率 c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率 W0時(shí)，才有光電子逸出， 就是光電效應(yīng)的截止頻率。電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬

6、時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。三.愛因斯坦的光量子假設(shè)第18頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。4.光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證 美國物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。三.愛因斯坦的光量子假設(shè)第19頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四愛因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論

7、解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第20頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四思考與討論？課本P36第21頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四放大器控制機(jī)構(gòu) 可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。四.光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用1.光控繼電器可對(duì)微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105108 倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管第22頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四應(yīng)

8、 用光電管光電源電流計(jì)IAK第23頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四 康普頓效應(yīng)第2課時(shí)17.1科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性第24頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長 和散射物質(zhì)都無關(guān)。一.康普頓效應(yīng)第25頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四3.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：

9、晶體 光闌X 射線管探測(cè)器X 射線譜儀 石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長一.康普頓效應(yīng)第26頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X 射線的散射 按經(jīng)典電磁理論： 如果入射X光是某 種波長的電磁波， 散射光的波長是 不會(huì)改變的！一.康普頓效應(yīng)第27頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四康普頓散射曲線的特點(diǎn)： a.除原波長0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長 。 b.新波長 隨散射角的增大而增大。 散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o（A）0.7000.750波長.0一.康普頓效應(yīng)

10、第28頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四稱為電子的Compton波長只有當(dāng)入射波長0與c可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角 有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長0 無關(guān)，c = 0.0241=2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）一.康普頓效應(yīng)第29頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難 根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于

11、入射光頻率。無法解釋波長改變和散射角關(guān)系。第30頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四2.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難 若光子和外層電子相碰撞，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。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。 因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。第31頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)； 2.首次在實(shí)驗(yàn)上證

12、實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；3.證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義第32頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1892-1962)美國物理學(xué)家1927第33頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四19251926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(0 =5.62n

13、m) 為入射線, 以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，4.吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。在同一散射角( )測(cè)量各種波長的散射光強(qiáng)度，作了大量 X 射線散射實(shí)驗(yàn)。（1897-1977） 吳有訓(xùn)三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義第34頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四四.光子的動(dòng)量第35頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四動(dòng)量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的第36頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四光的粒子性一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律小結(jié)1.光電效應(yīng)現(xiàn)象2.光電

14、效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)； 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比；光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9秒. 第37頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四（3）光子說對(duì)光電效應(yīng)的解釋（2）愛因斯坦的光電效應(yīng)方程三、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程（1）光子：二、光電效應(yīng)解釋中的疑難第38頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四1.在演示光電效

15、應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)( )A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B練習(xí)第39頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四2.一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( )A.延長光照時(shí)間B.增大光束的強(qiáng)度C.換用紅光照射D.換用紫光照射D練習(xí)第40頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四3.關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，不正確的是( )A.在空間傳播的光是不連續(xù)

16、的，而是一份一份的，每一份叫一個(gè)光子B.光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子C.光子的能量跟它的頻率成正比D.光子客觀并不存在，而是人為假設(shè)的練習(xí)B第41頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四4. 能引起人的視覺感應(yīng)的最小能量為10-18J，已知可見光的平均波長約為0.6m，則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為 個(gè)，恰能引起人眼的感覺.練習(xí)3第42頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四5.關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的是( )A.光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大B.只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大

17、小與入射光的頻率無關(guān)D.任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)練習(xí)D第43頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四練習(xí)課本P391、在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？在可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因?yàn)槠漕l率最高。紫光不是最亮的。一為光強(qiáng)，因?yàn)楣獾牧炼扔蓛蓚€(gè)因素決定，二為人眼的視覺靈敏度。在光強(qiáng)相同的前提下，由于人眼對(duì)可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠色光應(yīng)最亮。第44頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四練習(xí)課本P392、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 （1）如果入射光強(qiáng)度增加，將產(chǎn)生什

18、么結(jié)果？（2）如果入射光頻率增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？（1）當(dāng)入射光頻率高于截止頻率時(shí)，光強(qiáng)增加，發(fā)射的光電子數(shù)增多； 當(dāng)入射光頻率低于截止頻率時(shí)，無論光強(qiáng)怎么增加，都不會(huì)有光電子發(fā)射出來。 （2）入射光的頻率增加，發(fā)射的光電子最大初動(dòng)能增加。第45頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四練習(xí)課本例題P36分析由上面討論結(jié)果可得： 對(duì)于一定金屬，逸出功W0是確定的，電子電荷e和普朗克常量h都是常量。所以遏止電壓UC與光的頻率之間是線性關(guān)系即：Uc圖象是一條斜率為 的直線第46頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四練習(xí)課本例題P36分析由上面討論結(jié)果可得：遏止電壓Uc與光電子的最大初動(dòng)能Ek有關(guān)Ek越大， Uc越高；Uc為零，Ek為零，即沒有光電子所以與遏止電壓Uc=0對(duì)應(yīng)的頻率應(yīng)該是截止頻率c第47頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，星期四由以上分析可知：根據(jù)數(shù)據(jù)作Uc圖象即可求得遏止電壓Uc=0對(duì)應(yīng)的頻率就是截止頻率cUc圖象是一條斜率為 的直線第48頁，共53頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)51分，