光的粒子性和粒子的波動性

關于光的粒子性和粒子的波動性第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日17世紀明確形成了兩大對立學說牛頓惠更斯微粒說波動說19世紀初證明了波動說的正確性由于波動說沒有數學基礎以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風19世紀末光電效應現象使得愛因斯坦在20世紀初提出了光子說：光具有粒子性對光學的研究從很早就開始了……第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電一、光電效應現象第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、光電效應現象第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、光電效應現象

當光線(包括不可見光)照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。光電子定向移動形成的電流叫光電流

第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律電流表：測光電流的大小電壓表：測兩級之間的電壓大小滑動變阻器：改變兩級之間的電壓大小第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律實驗表明：保持光頻率、光強不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。保持光頻率不變，增大光強，飽和電流增大IOUAKIs黃光（強）黃光（弱）第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律實驗結論1：1.存在飽和電流，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發(fā)射的光電子數越多。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律I0UAKIs黃光（強）黃光（弱）UAK=0時，Is=0嗎？說明了什么？第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律使光電流減小到零的反向最小電壓叫遏止電壓遏止電壓的大小表明逸出電子的初動能大小第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律實驗表明：對于一定顏色（頻率）的光，無論光的強弱如何，遏止電壓都是一樣的。且光的頻率v改變時，遏止電壓也會改變。II黃光（強）黃光（弱）遏止電壓藍光U2U1第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律實驗結論2：存在遏制電壓，且跟光的頻率有關，與光強無關，進而說明逸出光電子的最大初動能與光頻率有關，與光強無關II黃光（強）黃光（弱）遏止電壓藍光U第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律實驗表明：當入射光的頻率減小到某一數值γc時，沒有光電子發(fā)出。實驗結論3：存在截止頻率，當入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應。第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日二.光電效應的實驗規(guī)律實驗表明：產生光電流的時間不超過10－9s。即光電效應發(fā)生幾乎是瞬時的實驗結論4：光電效應具有瞬時性第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日三.光電效應解釋中的疑難

看課本思考兩個問題：1.什么是逸出功？2.經典電磁理論在哪些方便與實驗結論矛盾？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。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日

以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。三.光電效應解釋中的疑難

實驗結論經典電磁理論入射光的越強，飽和電流越大強度越大，逸出的光電子數越多，光電流越大遏止電壓只與頻率有關，而與強度無關。遏止電壓應與入射光的強度有關。如果光較弱，只要積累足夠長時間，電子獲得足夠能量就會形成光電子存在截止頻率γc當入射光頻率低于截止頻率，不能發(fā)生光電效應光電效應具有瞬時性能量的可以隨時間積累對比吻合不符不符不符第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日四.愛因斯坦的光電效應方程

光量子假設：光子說光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。我來了第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.愛因斯坦的光電效應方程或——光電子最大初動能

——金屬的逸出功

W0一個電子吸收一個光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的初動能Ek，即：三.愛因斯坦的光量子假設第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日四.愛因斯坦的光電效應方程

（3）對光電效應的實驗現象解釋：③光強較大時，包含的光子數較多，照射金屬時產生的光電子多，因而飽和電流大。1、對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應；2、光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；3、入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒.

第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日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1921年諾貝爾物理學獎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，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日1、光電效應的實驗結論是：對于某種金屬(

)A．無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產生光電效應B．無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產生光電效應C．超過極限頻率的入射光強度越弱，所產生的光電子的最大初動能就越小D．超過極限頻率的入射光頻率越高，所產生的光電子的最大初動能就越大AD第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日2、在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示．則可判斷出(

)

A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能B第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.光的散射光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現象叫做光的散射

1923年康普頓在做X

射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現散射的X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。四.康普頓效應2.康普頓效應康普頓(1892-1962)美國物理學家第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質，吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年,參加了發(fā)現康普頓效應的研究工作.對證實康普頓效應作出了重要貢獻。在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。（1897-1977）中國物理學研究的“開山祖師”

吳有訓第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.經典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難根據經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。康普頓效應解釋中的疑難2.光子理論對康普頓效應的解釋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。

hv電子hv'碰撞前碰撞后第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日六、光子的能量與動量第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日頻率和波長則是用來描述波動性的物理量動量：能量：能量和動量是描述粒子性的物理量普朗克常量h架起了粒子性和波動性之間的橋梁

1924年，德布羅意最早想到了這個問題，并且大膽地設想，對于光子的波粒二象性會不會也適用于實物粒子。17.3粒子的波動性一.光的波粒二象性第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日

德布羅意大