光的粒子性課件新人教選修

光的粒子性課件新人教選修第一頁，共三十七頁，2022年，8月28日問題：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程？第二頁，共三十七頁，2022年，8月28日光的本性1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說波動性粒子性1801托馬斯·楊雙縫干涉實驗1814菲涅耳衍射實驗赫茲電磁波實驗1888赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)牛頓微粒說占主導(dǎo)地位波動說漸成真理……….第三頁，共三十七頁，2022年，8月28日第四頁，共三十七頁，2022年，8月28日當(dāng)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(yīng)。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，共三十七頁，2022年，8月28日一.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗裝置第六頁，共三十七頁，2022年，8月28日觀察第七頁，共三十七頁，2022年，8月28日實驗發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：●存在著飽和電流△實驗表明：入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多；△入射光越強，飽和光電流越大。第八頁，共三十七頁，2022年，8月28日把電源正負(fù)極反接△同一頻率光照射，不管光強如何，遏止電壓都相同?！鞴庹疹l率越高，遏止電壓越高。●存在著遏止電壓和截止頻率△光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)。入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)。第九頁，共三十七頁，2022年，8月28日●光電效應(yīng)具有瞬時性△當(dāng)頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產(chǎn)生光電流。△精確測量表明產(chǎn)生電流的時間不超過10－9秒，即光電效應(yīng)幾乎是瞬時的。第十頁，共三十七頁，2022年，8月28日二.光電效應(yīng)解釋中的疑難

按照光的電磁理論，應(yīng)得出以下結(jié)論：①光越強，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強弱有關(guān)；②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(yīng)存在截止頻率；③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(yuǎn)遠(yuǎn)大于10-9S。

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效應(yīng)。第十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日1.光子說(愛因斯坦于1905年提出)

在空間傳播的光不是連續(xù)的而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量跟它的頻率成正比。即:E＝hν

，ν表示光的頻率，h叫普朗克常量，h＝6.63×10-34焦耳．秒三.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程第十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.光電效應(yīng)方程①逸出功：金屬表面上的電子逸出時要克服金屬原子核的引力所做功的最小值。不同金屬,其逸出功不同。有：W0=hν0②光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0三.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程第十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日3.愛因斯坦光電效應(yīng)方程對實驗結(jié)論的解釋Ek＝hν－W0ν0EKν－W00●解釋截止頻率●解釋飽和光電流●解釋瞬時性第十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動理論。4.光電效應(yīng)理論的驗證

美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年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“光量子”理論的正確。三.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程第十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎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驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎第十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日例題：由密立根實驗(Uc和v的關(guān)系)計算普朗克常量很難測Ek

，怎樣改成Uc與v、W0關(guān)系？提示：Ek=eUc

第十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日由圖象求參數(shù)的方法：電源電動勢和內(nèi)阻（直接求參數(shù)）用單擺測重力加速度（用圖象求平均值）

第十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日利用光電效應(yīng)中光電流與入射光強成正比的特性,可以制造光電轉(zhuǎn)換器——實現(xiàn)光信號與電信號之間的相互轉(zhuǎn)換。這些光電轉(zhuǎn)換器如光電管(photoelement)等，廣泛應(yīng)用于光功率測量、光信號記錄、電影、電視和自動控制等諸多方面。光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用第十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日光電倍增管(photomultiplier)是把光信號變?yōu)殡娦盘柕某Ｓ闷骷?。?dāng)光照射到陰極

k使它發(fā)射光電子，這光電子在電壓作用下加速轟擊第一陰極k1，使之又發(fā)射次級光電子，這些次級光電子再被加速轟擊第二陰極k2,......如此繼續(xù)下去，利用10～15個次陰極，可將光電流放大幾百萬倍。即一束微弱的入射光，將轉(zhuǎn)變成放大了的光電流，可以通過電流計顯示出來。第二十頁，共三十七頁，2022年，8月28日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，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)。四.康普頓效應(yīng)第二十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日3.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體光闌X射線管探測器X射線譜儀石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長第二十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日康普頓正在測晶體對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改變的！第二十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日康普頓散射曲線的特點：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）0.7000.750λ波長.......0第二十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日稱為電子的Compton波長只有當(dāng)入射波長0與c可比擬時，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（實驗值）第二十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日A.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難4.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)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(yīng)等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角關(guān)系。第二十六頁，共三十七頁，2022年，8月28日B.光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋①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。

②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，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。

③因為碰撞中交換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)。第二十七頁，共三十七頁，2022年，8月28日a.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；b.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè)；c.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。康普頓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”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認(rèn)識到還要用動量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。5.康普頓散射實驗的意義第二十八頁，共三十七頁，2022年，8月28日康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(1892-1962)美國物理學(xué)家1927第二十九頁，共三十七頁，2022年，8月28日1925—1926年，吳有訓(xùn)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(zhì)，d.吳有訓(xùn)對研究康普頓效應(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.對證實康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。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）吳有訓(xùn)第三十頁，共三十七頁，2022年，8月28日五.光子的動量第三十一頁，共三十七頁，2022年，8月28日動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的第三十二頁，共三十七頁，2022年，8月28日1.在演示光電效應(yīng)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，這時()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)第三十三頁，共三十七頁，2022年，8月28日2.一束黃光照射某金屬表面時，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.延長光照時間B.增大光束的強度C.換用紅光照射D.換用紫光照射D練習(xí)第三十四頁，共三十七頁，2022年，8月28日3.關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點，不正確的是()A.在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子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第三十五頁，共三十七頁，2022年，8月28日4.能引起人的視覺感應(yīng)的最小能量為10-18J