原創(chuàng)：1科學的轉(zhuǎn)折：光的粒子性（問題探究式）

第二節(jié)光的粒子性第十七章波粒二象性問題1：回顧前面的學習，總結(jié)人類對光的本性的認識的發(fā)展過程？用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，注意用導線與不帶電的驗電器相連說明鋅板帶了電，為什么？一、光電效應現(xiàn)象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。。一、光電效應現(xiàn)象

當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。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

一、光電效應現(xiàn)象光電效應現(xiàn)象中的“光”是否特指可見光？光和光電子是同一種物質(zhì)嗎？二.光電效應的實驗規(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：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.光電效應的實驗規(guī)律（1）存在飽和電流陽極陰極區(qū)別光電流和飽和光電流：使光電流減小到零的反向電壓－++++++

一一一一一一v加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若最大的初動能U=0時，I≠0，因為電子有初速度則I=0，式中UC為遏止電壓(2)存在遏止電壓和截止頻率a.存在遏止電壓UCEEUFKA二.光電效應的實驗規(guī)律－++++++

一一一一一一v最大的初動能(2)存在遏止電壓和截止頻率EEUFKA二.光電效應的實驗規(guī)律光電子的最大的初動能與光電子的動能有區(qū)別嗎？IUOU光電效應伏安特性曲線遏止電壓Is飽和電流黃光（強）黃光（弱）蘭光Ub(2)存在遏止電壓二.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,遏止電壓是一樣的;光的頻率

改變，遏止電壓也會改變。光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：b.存在截止頻率

c對于每種金屬，都相應確定的截止頻率

c。

當入射光頻率

>

c

時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率

<

c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。(2)存在遏止電壓和截止頻率陽極陰極二.光電效應的實驗規(guī)律實驗結(jié)果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(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（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。光電效應在極短的時間內(nèi)完成

(3)具有瞬時性陽極陰極二.光電效應的實驗規(guī)律勒納德等人通過實驗得出以下結(jié)論：

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這個極限頻率，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當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；③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；④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.

二.光電效應的實驗規(guī)律

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。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。光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。①光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關。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.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.光電效應解釋中的疑難

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：四.愛因斯坦的光量子假設2.愛因斯坦的光電效應方程1.光子：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：四.愛因斯坦的光量子假設愛因斯坦的光電效應方程的實質(zhì)是什么？四.愛因斯坦的光量子假設實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律3.光子說對光電效應的解釋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系，與光強無關。只有當hν>W0時，才有光電子逸出光電效應的截止頻率是：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。四.愛因斯坦的光量子假設由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(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，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”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？思考與討論:電子的動能很難直接測量，但是截止電壓容易得到，Uc與有什么關系因為放大器控制機構(gòu)

可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。四.光電效應在近代技術中的應用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.光電倍增管例1.鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在將波長200nm的光照射鋁的表面。

（1）求光電子的最大初動能。（2）求遏止電壓。（3）求鋁的截止頻率?！窘馕觥浚?）根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得：光電子的最大初動能為=3.3×10-19J

．（2）根據(jù)動能定理遏止電壓為：

（3）當光電子逸出時的動能為零時，再減小照射光的頻率便不能發(fā)生光電效應了，截止頻率為：例2.用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應，可得到光電子最大初動能Ek隨入射光頻率v變化的Ek—v圖象，已知鎢的逸出功是3．28eV，鋅的逸出功是3．34eV，若將兩者的圖象分別用實線與虛線畫在同一個Ek—v圖上，則下圖中正確的是()A根據(jù)光電效應方程有：

由此可知在的Ek-v圖象中，斜率表示普朗克常數(shù)h，橫軸截距大小表示該金屬極限頻率的大小，由題意可知鋅的逸出功大于鎢的逸出功，故由

可知鋅的極限頻率大于鎢的極限頻率1、在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？在可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因為其頻率最高。紫光不是最亮的。一為光強，因為光的亮度由兩個因素決定，二為人眼的視覺靈敏度。在光強相同的前提下，由于人眼對可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠色光應最亮。隨堂練習2、在光電效應實驗（1）如果入射光強度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？（2）如果入射光頻率增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？（1）當入射光頻率高于截止頻率時，光強增加，發(fā)射的光電子數(shù)增多；當入射光頻率低于截止頻率時，無論光強怎么增加，都不會有光電子發(fā)射出來。

（2）入射光的頻率增加，發(fā)射的光電子最大初動能增加。隨堂練習3.在演示光電效應的實驗中，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隨堂練習光電效應是從鋅板中打出電子，鋅板帶正電。4.一束黃光照射某金屬表面時，不能產(chǎn)生光電效應，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應的是()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隨堂練習應換用頻率較高的光5.關于光子說的基本內(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，而是人為假設的B隨堂練習光不是實物粒子6.關于光電效應下述說法中正確的是()A.光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大B.只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應C.在光電效應中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關D.任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應D隨堂練習光電子的最大初動能與強度無關光電效應的發(fā)生是瞬時的。飽和光電流與入射光的頻率有關第二節(jié)光的粒子性第十七章波粒二象性

康普頓效應第2課時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

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，而與入射線波長

和散射物質(zhì)都無關。一.康普頓效應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))j

0散射波長

一.康普頓效應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1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難二.康普頓效應解釋中的疑難

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)射的散射光頻率應等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角關系。2.光子理論對康普頓效應的解釋二.康普頓效應解釋中的疑難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，所以波長改變和散射角有關。對比光電效應和康普頓效應你發(fā)現(xiàn)了什么？都說明了光具有粒子性。1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；

2.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；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?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。三.康普頓散射實驗的意義康普頓效應康普頓效應康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)美國物理學家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的貢獻1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效