光的粒子性完整版

2024/3/102光的粒子性第一頁(yè)，共十八頁(yè)。用弧光燈照射(zhàoshè)擦得很亮的鋅板，(注意用導(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度時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。表明鋅板(xīnbǎn)在射線照射下失去電子而帶正電一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(shíyàn)規(guī)律第二頁(yè)，共十八頁(yè)。1.光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)

當(dāng)光線（包括不可見光）照射在金屬(jīnshǔ)表面時(shí)，金屬(jīnshǔ)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。一.光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流第三頁(yè)，共十八頁(yè)。2.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(shíyàn)規(guī)律（1）存在(cúnzài)飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到(dádào)某一值后不再增大，即達(dá)到(dádào)飽和值。因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。實(shí)驗(yàn)表明：入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。思考：為什么要加正向電壓？不加正向電壓電路中有電流嗎？分析解答：光束照在陰極K上會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但只有極少的電子能到達(dá)陽(yáng)極A，電路中電流很小。加了正向電壓后，大量的電子在電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，形成較大電流。（加正向電壓的目的是放大實(shí)驗(yàn)效果，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)“可見性”）。思考：保持光照條件不變，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會(huì)怎樣變化？陽(yáng)極陰極第四頁(yè)，共十八頁(yè)。：使光電流減小到零的反向(fǎnxiànɡ)電壓－++++++

一一一一一一v加反向(fǎnxiànɡ)電壓，如右圖所示：光電子所受電場(chǎng)力方向(fāngxiàng)與光電子速度方向(fāngxiàng)相反，光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若最大的初動(dòng)能U=0時(shí)，I≠0，因?yàn)殡娮佑谐跛俣葎tI=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第五頁(yè)，共十八頁(yè)。實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定(yīdìng)顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率

ν改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。(2)存在遏止(èzhǐ)電壓和截止頻率a.存在遏止(èzhǐ)電壓UC光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。IIsUaOU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）光電效應(yīng)伏安特性曲線遏止電壓飽和電流蘭光Ub思考：對(duì)剛才的實(shí)驗(yàn)，加了遏止電壓后，如果再增大入射光的強(qiáng)度，電路中會(huì)有光電流嗎？減弱光的強(qiáng)度，遏止電壓會(huì)減小嗎？第六頁(yè)，共十八頁(yè)。經(jīng)研究(yánjiū)后發(fā)現(xiàn)：b.存在(cúnzài)截止頻率νc對(duì)于每種金屬(jīnshǔ)，都相應(yīng)確定的截止頻率νc。

當(dāng)入射光頻率ν

>νc

時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率ν<νc時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。(2)存在遏止電壓和截止頻率第七頁(yè)，共十八頁(yè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱(wēiruò)，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(yánjiū)推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間不超過(guò)10－9秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。光電效應(yīng)在極短的時(shí)間(shíjiān)內(nèi)完成(3)具有瞬時(shí)性陽(yáng)極陰極猜測(cè)：電子是怎樣吸收入射光的能量的呢？當(dāng)年愛因斯坦等大量科學(xué)家也在做這樣類似的猜測(cè)。思考：如果入射光的頻率超過(guò)截至頻率，做兩次實(shí)驗(yàn)，第一次用很弱的光照射，第二次用很強(qiáng)的光照射，請(qǐng)問那一次光電子從鋅板跑出來(lái)的時(shí)間長(zhǎng)些？第八頁(yè)，共十八頁(yè)。勒納德等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出以下(yǐxià)結(jié)論：①對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大；③光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射(fāshè)幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9秒.

第九頁(yè)，共十八頁(yè)。

以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以無(wú)法(wúfǎ)用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功(zuògōng)的最小值，叫做這種金屬的逸出功。光越強(qiáng)，逸出的電子(diànzǐ)數(shù)越多，光電流也就越大。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)。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。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(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10-9S?！虒?shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.溫度不很高時(shí)，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(lái)，必須克服這個(gè)引力做功。二.光電效應(yīng)解釋中的疑難第十頁(yè)，共十八頁(yè)。1.光子(guāngzǐ)：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成(zǔchénɡ)的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來(lái)被稱為光子。愛因斯坦的光子(guāngzǐ)說(shuō)愛因斯坦從普朗克的能量子說(shuō)中得到了啟發(fā)，他提出：三.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程第十一頁(yè)，共十八頁(yè)。2.愛因斯坦的光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程或——光電子最大初動(dòng)能(dòngnéng)

——金屬(jīnshǔ)的逸出功

W0一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：第十二頁(yè)，共十八頁(yè)。3.光子(guāngzǐ)說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋①愛因斯坦方程表明，光電子的初動(dòng)能Ek與入射光的頻率(pínlǜ)成線性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν>W0時(shí)，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(shí)間，光電流自然幾乎(jīhū)是瞬時(shí)發(fā)生的。③光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。第十三頁(yè)，共十八頁(yè)。2024/3/10光子(guāngzǐ)說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋第十四頁(yè)，共十八頁(yè)。由于愛因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(shíyàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

愛因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)(dàngshí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。4.光電效應(yīng)理論(lǐlùn)的驗(yàn)證

美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)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。第十五頁(yè)，共十八頁(yè)。愛因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根由于研究(yánjiū)基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)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)。第十六頁(yè)，共十八頁(yè)。2024/3/10謝謝第十七頁(yè)，共十八頁(yè)。內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)2021/12/10。因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。（加正向電壓的目的是放