選修3-5-光的粒子性市公開(kāi)課一等獎(jiǎng)省賽課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

光電效應(yīng)光子17.2光粒子性第1課時(shí)1/401672牛頓微粒說(shuō)T/年惠更斯波動(dòng)說(shuō)1690麥克斯韋電磁說(shuō)18641905愛(ài)因斯坦光子說(shuō)波動(dòng)性粒子性1801托馬斯·楊雙縫干涉試驗(yàn)1814菲涅耳衍射試驗(yàn)赫茲電磁波試驗(yàn)1888赫茲發(fā)覺(jué)光電效應(yīng)牛頓微粒說(shuō)占主導(dǎo)地位波動(dòng)說(shuō)漸成真理……….光本性歷史回顧2/403/40紫靛光顏色波長(zhǎng)頻率紅色約625—740納米約480—405兆赫橙色約590—625納米約510—480兆赫黃色約565—590納米約530—510兆赫綠色約500—565納米約600—530兆赫青色約485—500納米約620—600兆赫藍(lán)色約440—485納米約680—620兆赫紫色約380—440納米約790—680兆赫波長(zhǎng)λ頻率ν大小低高4/40一.光電效應(yīng)現(xiàn)象1.演示試驗(yàn)5/40（2）光電子：在光電效應(yīng)中逸出電子稱(chēng)為光電子。（3）光電流：光電子定向移動(dòng)形成電流叫光電流2.幾個(gè)概念（1）光電效應(yīng)：當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出現(xiàn)象，稱(chēng)為光電效應(yīng)。6/40二.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律試驗(yàn)電路疑問(wèn)：光電子發(fā)射與什么原因相關(guān)呢？光電效應(yīng)試驗(yàn)有著怎樣規(guī)律？7/40二.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流增大到某一值后，即使再增大UAK，光電流也不再增大，即到達(dá)飽和值。8/40飽和電流意義：飽和電流反應(yīng)是單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子數(shù)。飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子數(shù)越多。飽和電流光電子數(shù)9/4010/40試驗(yàn)表明：同種顏色入射光，光越強(qiáng)，飽和電流越大。說(shuō)明光越強(qiáng)，逸出光電子越多IIsUaOU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）光電效應(yīng)伏安特征曲線飽和電流11/40使光電流減小到零反向電壓－++++++一一一一一一加反向電壓，如右圖所表示：光電子所受電場(chǎng)力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若最大初動(dòng)能U=0時(shí)，I≠0，因?yàn)殡娮佑谐跛俣葎t全部光電子都無(wú)法抵達(dá)A極板，光電流I=0，式中UC為遏止電壓一.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律(2)存在遏止電壓vEEUFKA12/40試驗(yàn)表明:對(duì)于同一顏色(頻率)光,不論光強(qiáng)弱怎樣,遏止電壓是一樣.

光頻率

增大，遏止電壓也增大。一.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)伏安特征曲線IUaOU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）遏止電壓藍(lán)光Ub遏止電壓光電子最大初動(dòng)能入射光頻率越高，光電子最大初動(dòng)能越大。與入射光強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。13/40經(jīng)研究后發(fā)覺(jué)：二.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律對(duì)于每種金屬，都對(duì)應(yīng)確定截止頻率

c。

當(dāng)入射光頻率

>

c時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率

<

c時(shí)，不論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。(3)存在截止頻率14/40溫度不很高時(shí)，電子不能大量逸出，是因?yàn)槭艿浇饘俦砻鎸右ψ饔?，電子要從金屬中擺脫出來(lái)，必須克服這個(gè)引力做功。使電子脫離某種金屬所做功最小值，叫做這種金屬逸出功W0。截止頻率逸出功15/40試驗(yàn)結(jié)果：即使入射光強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬極限頻率，電流表指針也幾乎是伴隨入射光照射就馬上偏轉(zhuǎn)。更準(zhǔn)確研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)時(shí)間不超出10－9秒（這個(gè)現(xiàn)象普通稱(chēng)作“光電子瞬時(shí)發(fā)射”）。光電效應(yīng)在極短時(shí)間內(nèi)完成二.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律(4)含有瞬時(shí)性16/40勒納德等人經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論：①對(duì)于任何一個(gè)金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光頻率必須大于這個(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光電子最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只伴隨入射光頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時(shí)，光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)，普通不超出10-9秒.

二.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律17/40以上三個(gè)結(jié)論都與試驗(yàn)結(jié)果相矛盾，所以無(wú)法用經(jīng)典波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。光越強(qiáng)，逸出電子數(shù)越多，光電流也就越大。①光越強(qiáng)，光電子初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光強(qiáng)弱相關(guān)。②不論光頻率怎樣，只要光足夠強(qiáng)，電子都可取得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。③假如光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘時(shí)間才能取得逸出表面所需能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10S。-9√試驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)光,不論光強(qiáng)弱怎樣,遏止電壓是一樣.三.光電效應(yīng)解釋中疑難經(jīng)典理論認(rèn)為光強(qiáng)度反應(yīng)光能量，光越強(qiáng)光能量越大18/401.光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割能量子組成，頻率為ν光能量子為hν。這些能量子以后被稱(chēng)為光子。愛(ài)因斯坦光子說(shuō)愛(ài)因斯坦從普朗克能量子說(shuō)中得到了啟發(fā)，他提出：四.愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)19/402.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子：或——光電子最大初動(dòng)能

——金屬逸出功

W0一個(gè)電子吸收一個(gè)光子能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬逸出功W0，剩下表現(xiàn)為逸出后電子初動(dòng)能Ek，即：四.愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)20/4021/402.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0ν0EKν－W00截止頻率逸出功22/403.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)解釋②愛(ài)因斯坦方程表明，光電子初動(dòng)能Ek與入射光頻率成線性關(guān)系，頻率越大最大初動(dòng)能越大，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。③只有當(dāng)hν>W0時(shí)，才有光電子逸出，就是光電效應(yīng)截止頻率。④電子一次性吸收光子全部能量，不需要積累能量時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生。①光強(qiáng)較大時(shí)，包含光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生光電子多，因而飽和電流大。四.愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)E光強(qiáng)=nhνn：?jiǎn)挝粫r(shí)間打到單位面積上光子數(shù)一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子23/40因?yàn)閻?ài)因斯坦提出光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)初并未被物理學(xué)家們廣泛認(rèn)可，因?yàn)樗耆`反了光波動(dòng)理論。4.光電效應(yīng)理論驗(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)”試驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)因斯坦方程，h值與理論值完全一致，又一次證實(shí)了“光量子”理論正確。四.愛(ài)因斯坦光量子假設(shè)24/40愛(ài)因斯坦因?yàn)閷?duì)光電效應(yīng)理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)貢獻(xiàn)取得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)密立根因?yàn)檠芯炕倦姾珊凸怆娦?yīng)，尤其是經(jīng)過(guò)著名油滴試驗(yàn)，證實(shí)電荷有最小單位。取得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。25/40放大器控制機(jī)構(gòu)能夠用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。五.光電效應(yīng)在近代技術(shù)中應(yīng)用1.光控繼電器可對(duì)微弱光線進(jìn)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26/40光電管光電源電流計(jì)IAK27/40

康普頓效應(yīng)第2課時(shí)17.1科學(xué)轉(zhuǎn)折：光粒子性28/401.光散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳輸方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光散射2.康普頓效應(yīng)

1923年康普頓在做X射線經(jīng)過(guò)物質(zhì)散射試驗(yàn)時(shí)，發(fā)覺(jué)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)射線，其波長(zhǎng)改變量與散射角相關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。一.康普頓效應(yīng)29/403.康普頓散射試驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體光闌X射線管探測(cè)器X射線譜儀石墨體(散射物質(zhì))j

0散射波長(zhǎng)

一.康普頓效應(yīng)30/40康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線散射

按經(jīng)典電磁理論：

假如入射X光是某種波長(zhǎng)電磁波，散射光波長(zhǎng)是不會(huì)改變！一.康普頓效應(yīng)31/401.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)碰到困難二.康普頓效應(yīng)解釋中疑難①依據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波經(jīng)過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。②無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角關(guān)系。32/402.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)解釋二.康普頓效應(yīng)解釋中疑難①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子能量降低，于是散射光波長(zhǎng)大于入射光波長(zhǎng)。

②若光子和束縛很緊內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，因?yàn)楣庾淤|(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，依據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。③因?yàn)榕鲎仓薪粨Q能量和碰撞角度相關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角相關(guān)。33/401.有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；2.首次在試驗(yàn)上證實(shí)了“光子含有動(dòng)量”假設(shè)；3.證實(shí)了在微觀世界單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律依然是成立?？灯疹D成功也不是一帆風(fēng)順，在他早期幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率改變是因?yàn)椤盎爝M(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，以后才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。三.康普頓散射試驗(yàn)意義34/40康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家35/401925—1926年，吳有訓(xùn)用銀X射線(

0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不一樣元素為散射物質(zhì)，4.吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)貢獻(xiàn)1923年,參加了發(fā)覺(jué)康普頓效應(yīng)研究工作.對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了主要貢獻(xiàn)。在同一散射角()測(cè)量各種波長(zhǎng)散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射試驗(yàn)。（1897-1977）吳有訓(xùn)三.康普頓散射試驗(yàn)意義36/40四.光子動(dòng)量37/40動(dòng)量能量是描述粒子,頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波38/40光粒子性一、光電效應(yīng)基本規(guī)律小結(jié)1.光電效應(yīng)現(xiàn)象2.光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律

①對(duì)于任何