光的粒子性解析課件

———第一課時、光電效應(yīng)2、光的粒子性———第一課時、光電效應(yīng)2、光的粒子性1一、光電效應(yīng)物體在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫光電子。1、光電效應(yīng):2、光電管:利用光電效應(yīng)制成的一種光學元件，它的作用是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栆?、光電效?yīng)物體在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)2二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗裝置二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗裝置3二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律4二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。因為光照條件一定時，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。實驗表明：在光的顏色不變的情況下，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。陽極陰極二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK5二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(2)存在遏止電壓和截止頻率二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(2)存在遏止電壓和截止頻率6二、光電效應(yīng)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,遏止電壓是一樣的.光的頻率

改變時，遏止電壓也會改變。a.存在遏止電壓UC光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強弱無關(guān)。陽極陰極(2)存在遏止電壓和截止頻率二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無7二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律陽極陰極b.對于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率c。

當入射光頻率

>c

時，電子才能逸出金屬面；(2)存在遏止電壓和截止頻率二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律陽極陰極b.對于每種金屬，都相應(yīng)確定的8二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(3)具有瞬時性陽極陰極只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針就立即偏轉(zhuǎn)。光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10－9秒光電效應(yīng)在極短的時間內(nèi)完成二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律(3)具有瞬時性陽極陰極只要入射光頻率9二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)的規(guī)律1、任何一種金屬，都存在極限頻率υ0

，只有當入射光

υ

>υ

0

，才能發(fā)生光電效應(yīng)．2、光電流隨入射光強度的增大而增大．3、光電子的最大初動能Ek與入射光強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大．4、光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的,t<10-9s．二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)的規(guī)律1、任何一種金屬，都存在10三、光電效應(yīng)解釋中的疑難逸出功W0：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。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。三、光電效應(yīng)解釋中的疑難逸出功W0：使電子脫離某種金屬所做功11三、光電效應(yīng)解釋中的疑難

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)。光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。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，這個時間遠遠大于10S。-9√實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.光電效應(yīng)解釋中的疑難三、光電效應(yīng)解釋中的疑難以上三個結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾12三.愛因斯坦的光量子假設(shè)1.光子：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。愛因斯坦的光子說愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：三.愛因斯坦的光量子假設(shè)1.光子：光本身就是由一個個不可分割13三.愛因斯坦的光量子假設(shè)2.愛因斯坦的光電效應(yīng)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(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：三.愛因斯坦的光量子假設(shè)2.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程或——光電14三.愛因斯坦的光量子假設(shè)3.光子說對光電效應(yīng)的解釋①愛因斯坦方程表明，光電子的初動能Ek與入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強無關(guān)。只有當hν>W0時，才有光電子逸出，就是光電效應(yīng)的截止頻率。②電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。③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。三.愛因斯坦的光量子假設(shè)3.光子說對光電效應(yīng)的解釋①愛因斯坦15三.愛因斯坦的光量子假設(shè)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年諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，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。4.光電效應(yīng)理論的驗證

美國物理學家密立根，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.愛因斯坦的光量子假設(shè)由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明16三.愛因斯坦的光量子假設(shè)愛因斯坦由于對光電效應(yīng)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(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年諾貝爾物理學獎。三.愛因斯坦的光量子假設(shè)愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對17四、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用放大器控制機構(gòu)

可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。1.光控繼電器可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管四、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用放大器控制機構(gòu)可以用18典例精講例題：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

典例精講例題：由密立根實驗(Uc和v的關(guān)系)計算普朗克常量很19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)）（用圖象求平均值）隨堂演練由圖象求參數(shù)的方法：隨堂演練20———第2課時、康普頓散射2、光的粒子性———第2課時、康普頓散射2、光的粒子性21一、康普頓效應(yīng)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)。一、康普頓效應(yīng)1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作22一、康普頓效應(yīng)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！一、康普頓效應(yīng)康普頓正在測晶體對X射線的散射按經(jīng)典電磁理23二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質(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。二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)242.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)。二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難2.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25三.康普頓散射實驗的意義1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；2.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè)；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?？灯疹D的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。三.康普頓散射實驗的意義1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假26康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)美國物理學家三.康普頓散射實驗的意義康康康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)27三.康普頓散射實驗的意義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(zhì)，4.吳有訓對研究康普頓效應(yīng)的貢獻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。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）

吳有訓三.康普頓散射實驗的意義1925—1926年，吳有訓用銀的X28四.光子的動量光子的動量四.光子的動量光子的動量29動量和能量是描述粒子的,頻率和波長是用來描述波的四.光子的動量動量和能量是描述粒子的,四.光子的動量301.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，指針帶負電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負電，指針帶正電D.鋅板帶負電，指針帶負電B隨堂演練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31隨堂演練2、隨堂演練2、323、如圖所示，當開關(guān)s斷開時候，用光子能量為2.5ev的一束光照射陰極K時，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)不為零。閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)當電壓表示數(shù)小于0.6V時，電流表示數(shù)仍不為零；