第二節(jié)-光的粒子性課件

第二節(jié)光的粒子性第二節(jié)光的粒子性1一、光的波動(dòng)性

光是電磁波理論證明：麥克斯韋的經(jīng)典電磁場理論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度和光速相同。其它實(shí)驗(yàn)證據(jù)：1、光的干涉：托馬斯·楊2、光的衍射：菲涅爾3、光的偏振：馬呂斯演示一、光的波動(dòng)性2二、光電效應(yīng)現(xiàn)象用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，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。再用與絲綢磨擦過的橡膠棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會變大。結(jié)論：鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。二、光電效應(yīng)現(xiàn)象3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。光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流。光電效應(yīng)：4三、實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)的規(guī)律1、存在飽和電流當(dāng)A接正極，K接負(fù)極時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一定，使UAK從0開始增大，觀察到電流表的示數(shù)一開始增大，到某一數(shù)值后就不再增大。這個(gè)最大電流就叫做飽和電流。A陽極陰極+-三、實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)的規(guī)律A陽極陰極+-5對存在飽和電流的解釋：K板逸出的電子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如果不加電壓，很多電子無法到達(dá)A板，無法形成較大電流。加上電壓后，越來越多的電子到達(dá)A板，電流越來越大。但是，如果所有電子都達(dá)到了A板，繼續(xù)增大電壓，就無法再增大電流。A陽極陰極+-對存在飽和電流的解釋：A陽極陰極+-6思考1：如果AK之間不加電壓，電流是否為0？思考2：如何才能使電流為0？第二節(jié)-光的粒子性ppt課件72、存在遏止電壓Uc

（反向截止電壓）當(dāng)A接負(fù)極，K接正極時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一定，使UKA從0開始增大，觀察到電流表的示數(shù)逐漸減小到0。電流剛減小到0時(shí)對應(yīng)的UKA叫做遏止電壓Uc。A陽極陰極-+2、存在遏止電壓Uc（反向截止電壓）A陽極陰極-8對存在遏止電壓的解釋：加上反向電壓后，電子受到的電場力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，電子減速。如果反向電壓足夠大，電子將無法達(dá)到A板。臨界的電壓值即為遏止電壓Uc。其中，vc是所有光電子的最大初速度，是光電子的最大初動(dòng)能。++++++一一一一一一EEF－vUKA對存在遏止電壓的解釋：+++++9

IUc2OU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）實(shí)驗(yàn)測得的光電效應(yīng)曲線藍(lán)光Uc1遏止電壓飽和電流IsIUc2OU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）實(shí)驗(yàn)測得的光電效應(yīng)曲線藍(lán)103、存在截止頻率νc當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值νc時(shí)，無論光的強(qiáng)度多大，加上怎樣的電壓，都不會有光電流。這個(gè)臨界頻率叫做截止頻率νc。A陽極陰極-+3、存在截止頻率νcA陽極陰極-+114、光電效應(yīng)的瞬時(shí)性當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率時(shí)，無論光如何微弱，幾乎在瞬間就會產(chǎn)生光電流。時(shí)間間隔不超過10-9s。4、光電效應(yīng)的瞬時(shí)性12經(jīng)典的理論無法解釋光電效應(yīng)中的一些現(xiàn)象：推論1：光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓Uc應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：遏止電壓只與光的頻率有關(guān)。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。推論2：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，不應(yīng)存在截止頻率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對于不同的物體，都有相應(yīng)的截止頻率。推論3：如果光很弱，電子需要很長時(shí)間才能獲得逸出表面需要的能量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：時(shí)間小于10-9s經(jīng)典的理論無法解釋光電效應(yīng)中的一些現(xiàn)象：13四、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程1、光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)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。2、電子從金屬中逃逸，需要克服阻力做功。使電子脫離金屬所要做的最小的功，叫做金屬的逸出功。不同金屬的逸出功是不同的。3、一個(gè)電子一瞬間吸收一個(gè)光子的能量，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek，即：上式即為愛因斯坦的光電效應(yīng)方程。如果電子克服阻力做功大于逸出功，則逸出后電子的初動(dòng)能小于最大初動(dòng)能。四、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程14影響飽和電流、遏制電壓、截止頻率的因素1、只要入射光頻率超過截止頻率，飽和電流的大小只與單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)有關(guān)。2、截止頻率只與金屬的逸出功有關(guān)，即只與金屬的種類有關(guān)。3、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān)。影響飽和電流、遏制電壓、截止頻率的因素15思考1：同種頻率的光射到同種金屬上，增強(qiáng)入射光時(shí)，飽和電流、遏止電壓分別如何變化？答案：飽和電流增大，遏止電壓不變。思考2：相同強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)的能量）的單色光射到同種金屬上，增加入射光的頻率時(shí)，飽和電流、遏止電壓分別如何變化？答案：飽和電流減小，遏止電壓增大。思考1：同種頻率的光射到同種金屬上，增強(qiáng)入射光時(shí)，飽和電流、16五、光電效應(yīng)方程的圖像：1、外加電壓和光電流的關(guān)系（同種金屬）光的強(qiáng)弱影響飽和電流光的頻率影響遏制電壓IUc2OU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）藍(lán)光Uc1五、光電效應(yīng)方程的圖像：IUc2OU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）藍(lán)光172、遏止電壓-入射光頻率：Uc-ν圖像思考1：截距和斜率的物理意義分別是什么？思考2：如果將兩種不同金屬的Uc-ν曲線畫在同一張圖像中，會是怎樣的？Uc-W0/eνc2、遏止電壓-入射光頻率：Uc-ν圖像Uc-W0/eνc18六、光電效應(yīng)方程的驗(yàn)證密立根設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測量金屬的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線斜率算出普朗克常數(shù)h，進(jìn)而與普朗克從黑體輻射得出的h相比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩種方法計(jì)算出的普朗克常數(shù)幾乎一樣，從而證明了光子假說的正確性。

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)。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)六、光電效應(yīng)方程的驗(yàn)證19七、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)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波長相同的射線外，還有比入射波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。七、康普頓效應(yīng)203、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的裝置

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3、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的裝置晶體光闌X射線管探X射線譜儀214、康普頓效應(yīng)的解釋經(jīng)典理論：光的散射不會改變光的波長和頻率。光子模型解釋：根據(jù)動(dòng)量守恒定律，發(fā)生碰撞后光子的動(dòng)量會發(fā)生變化。光子的動(dòng)量與波長存在一定的關(guān)系：發(fā)生碰撞后，光子的動(dòng)量減小，即光的波長增大。散射角不同，說明碰撞后光子的動(dòng)量也不同，光的波長也不同。4、康普頓效應(yīng)的解釋22也可以從光子能量的角度解釋康普頓效應(yīng)：發(fā)生碰撞后，光子能量減小，因此光的頻率減小。碰撞的角度不同時(shí)，光子能量的減小也不同，頻率的減小也不同。也可以從光子能量的角度解釋康普頓效應(yīng)：235、康普頓效應(yīng)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(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”。康普頓于1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。5、康普頓效應(yīng)的意義24例1、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、換用紫光照射答案：D例1、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25例2、關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，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(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)的答案：ACD例2、關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，正確的是(26例3、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)答案：D例3、關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的是()27課后練習(xí)例4、在可見光范圍內(nèi)，哪