光的粒子性課件課時

光的粒子性課件課時第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日但在1887年赫茲在做電磁實(shí)驗(yàn)時，偶然發(fā)現(xiàn)了一個后來被稱作光電效應(yīng)的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象使光的電磁說遇到了無法克服的困難。光的干涉光的衍射光的偏振光是一種電磁波！第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日2科學(xué)的轉(zhuǎn)折： 光的粒子性第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日§17.2光的粒子性一、光電效應(yīng)（實(shí)驗(yàn)）二、光電效應(yīng)的規(guī)律三、波動理論在解釋光電效應(yīng)時的矛盾四、光子說愛因斯坦光電效應(yīng)方程五、康普頓效應(yīng)第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日

光電子：在光的照射下物體發(fā)射出來的電子1、是否光照射到一切物體上都會發(fā)生光電效應(yīng)？光電效應(yīng)有何規(guī)律？2、光照射到物體上為何會發(fā)生光電效應(yīng)？什么條件下才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象？一、光電效應(yīng)：

在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象問題：照射的光可以是可見光，也可以是不可見光．--e-e第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日uc1uc2黃光（弱）黃光（強(qiáng)）藍(lán)光ouI光電流與電壓的關(guān)系GVAKR陽極陰極單色光--I研究光電效應(yīng)的規(guī)律光電子定向移動形成的電流。光電流：飽和光電流：光電子全部定向移動形成的電流。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日規(guī)律一：①光電效應(yīng)存在飽和電流②入射光越強(qiáng)，飽和電流越大；即單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。陽極GVAKR陰極二、光電效應(yīng)的基本規(guī)律規(guī)律二：光電效應(yīng)存在遏止電壓Uc，當(dāng)反向電壓大于等于Uc時光電流減小到零。

實(shí)驗(yàn)表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.

-e--第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日

任何一種金屬，都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于這個截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個頻率的光，無論光強(qiáng)怎樣大，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。

不同金屬的截止頻率不同。規(guī)律三：金屬截止頻率4.5455.508.06511.53銫鈉鋅銥鉑19.29第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日規(guī)律四：光電效應(yīng)具有瞬時性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針幾乎都是入射光照射時就立即偏轉(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10－9秒。第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日二、光電效應(yīng)規(guī)律（1）任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)*（2）光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大（3）入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的（t﹤10-9秒）*（4）當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時，光電流的強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的（t﹤10-9秒）入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。光電效應(yīng)規(guī)律經(jīng)典理論的解釋任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效當(dāng)電子吸收的能量大于逸出功時，入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多。

光越強(qiáng)，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(qiáng)弱有關(guān)。不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面。若光很弱，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。三、經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)的疑難×××第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日第二課時第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日四、光子說1、光子說：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子。光子的能量E跟光的頻率γ成正比

E=hγ能量守恒光電效應(yīng)方程第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日光電效應(yīng)方程2、光電效應(yīng)方程幾種金屬的逸出功金屬鈉鋁鋅銅銀鉑2.284.084.314.704.736.35（1）某光恰能使鋅發(fā)生光電效應(yīng)，那么能使表格內(nèi)哪些金屬發(fā)生光電效應(yīng)?（2）表中哪種金屬最易發(fā)生光電效應(yīng)?（3）為什么各種金屬的極限頻率不同?

對同一種金屬，

一定，隨而變，與光強(qiáng)無關(guān)nkE光電效應(yīng)方程

逸出功與材料有關(guān)

光的頻率第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的（t﹤10-9秒）入射光越強(qiáng)，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。光電效應(yīng)規(guī)律光子理論的解釋任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效3、愛因斯坦方程對光電效應(yīng)的解釋光強(qiáng)越大，光子數(shù)目越多，即單位時間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，光電流越大.（）（由頻率決定）產(chǎn)生光電效應(yīng)條件（截止頻率）一個光子攜帶的能量一次性被一個電子吸收，若，電子立即逸出，無需時間積累。最大初動能第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日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。

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。第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

密立根的實(shí)驗(yàn)：測量金屬的遏止電壓UC與入射光頻率γ，由此算出普朗克常數(shù)h。UC/V0.5410.6370.7140.8090.878γ/1014HZ5.6445.8886.0986.3036.501作出UC-γ圖象?！ぁぁぁ?.566.5754.54.00.20.40.60.81.0u/vv/1014Hz·證明：第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日0.20.40.60.81.0u/v232.53.51.510.50····5.566.5754.54.0v/1014Hz···u/v0.20.40.60.81.00.40.60.81.0求普朗克常數(shù)h這種金屬的截止頻率γCvcW0/e橫軸截距：縱軸截距：斜率：第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日關(guān)鍵詞辨析光子的能量光的強(qiáng)度光電子的最大初動能光電流的強(qiáng)度第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日搞清兩個概念問1：“光電子的最大初動能大，光電子就跑得快；光電子跑得快，光電流就強(qiáng)”。這話對不對？

答：不對。“快”與“不快”不等同光電流強(qiáng)與不強(qiáng)。一個光電子跑得再快，后面的不跟上，光電流還是不強(qiáng)。電流的強(qiáng)弱，取決于單位時間里通過導(dǎo)體截面的電量多少，即取決于通過同一截面的平均兩個電荷間的時間間隔，光電流就大，否則就小。這與單個電子跑得快不快的概念是不同的。第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日問2：“光的強(qiáng)度由光子數(shù)的多少決定”你怎樣理解這話的含意？答：這是對頻率已經(jīng)確定的單色光而言的。因?yàn)閷τ陬l率已經(jīng)確定為ν的單色光，每個光子的能量為E＝hν，如果每秒照射到垂直于光傳播方向的單位面積上的光子數(shù)為N，則光的強(qiáng)度I＝Nhν。式中ν與h都已確定，則I僅由N決定。如果不是單色光，頻率就不只一個，情況就復(fù)雜一些，光強(qiáng)需由光子數(shù)和頻率共同決定。第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日光電效應(yīng)1定義：在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫光電子。2光電效應(yīng)規(guī)律一、光電效應(yīng)二、光子說1內(nèi)容：在空間中傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子．2光子能量（與頻率成正比）

3愛因斯坦光電效應(yīng)方程：W：逸出功(電子逃離原子所需能量）Ek：光電子的動能第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日例1波長為450nm的單色光射到純鈉的表面上.求（1）這種光的光子能量（2）光電子逸出鈉表面時的最大初動能（3）若光子的能量為2.40eV，其波長為多少解（1）（2）（3）第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日

例2、氫氖激光器發(fā)射出波長為663nm的單色激光，則一個激光光子的能量是多少？若激光器的功率是18mW，則每秒發(fā)射多少個光子？第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日3、入射光照射到某金屬表面上，發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么()A．從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將將顯增加B．逸出光電子的最大初動能將減小C．單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三課時第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日1、（1）如圖，一靜電計(jì)與鋅板相連，用一紫外線燈照射，指針張開一個角度。此時靜電計(jì)帶

電。用一個帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則靜電計(jì)指針張角將如何變化？

（3）使靜電計(jì)指針歸零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，指針沒有張開，那么再用強(qiáng)度更大的紅光照射鋅板，指針是否張開？

（2）使靜電計(jì)事先帶上負(fù)電荷，再用紫外線照射，則指針張角如何變化？第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日

（4）初，用紫外線照射。若想使鋅板上逃逸出的光電子的最大初動能增大，可采用的方法是（）A。加大紫外線的照射強(qiáng)度B。改用紅外線C。改用紫光D。改用X射線（倫琴射線）第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日0Ekab2.如圖所示是兩種金屬的光電子最大初動能與入射光頻率的關(guān)系圖線,從圖中可以看出:A.金屬a的逸出功比金屬b的逸出功小B.同一色光照射下,金屬a逸出的光電子的最大初動能比金屬b逸出的光電子的最大初動能大C.要獲得相等的最大初速度的光電子,照射金屬a的光的頻率比照射金屬b的光的頻率大.D.無論換用什么金屬做實(shí)驗(yàn),圖線的斜率不變ABD第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日3、（1）已知金屬銫的極限波長為0.663m，則相應(yīng)的極限頻率是多少？逸出功是多少？（2）若用0.5m的光照射，光電子的最大初動能是多大？第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日2、一激光器發(fā)光功率是P，發(fā)出的激光在折射率為n的介質(zhì)中的波長為，已知光在真空中的速度為c，普朗克常量為h，求：（1）該激光在真空中波長（2）一個激光光子的能量大小（3）該激光器在t時間內(nèi)發(fā)射出幾個光子？第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日3、光在真空中的波長為λ，速度為c，普朗克常量h，現(xiàn)讓光以入射角1由真空射入水中，折射角為2

，則（）A．

2

＞1

B、光在水中的波長為C、每個光子在水中的能量為D．每個光子在水中能量為hc/λ第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓(1892-1962)美國物理學(xué)家康普頓第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日光闌X射線管

石墨體(散射物質(zhì))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)生改變的現(xiàn)象。第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)散射的X射線中除有與入射波長λ0相同的成分外，還有波長大于λ0的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。2、康普頓效應(yīng)3、經(jīng)典電磁理論的困難

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。第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日4、光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋

康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的子能量幾乎不變，波長不變。小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光光子將與整個原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)②.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，是散射光的波長大于入射光的波長。部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于①.若光子和外層電子相碰撞，光子有一結(jié)果，具體解釋如下：第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日5、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（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)上證實(shí)了“光子具有動量”的假設(shè)；（3）證實(shí)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1927年獲諾貝爾物理獎。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日6、光子的動量一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對應(yīng)：一個光子的能量：光子的質(zhì)量：m是相對論質(zhì)量，光子不能靜下來，沒有靜止質(zhì)量第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日光子的動量：又因?yàn)椋核裕篶第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日光子的動量和光子能量的比較：

Ｐ與ε是描述粒子性的，

λ、ν是描述波動性的，

h則是連接粒子和波動的橋梁第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日

我國物理學(xué)家吳有訓(xùn)在與康普頓共同研研究康普頓(1892-1962)美國物理學(xué)家第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日2、存在著遏止電壓和截止頻率(1)存在遏止電壓U:c使光電流