《光的粒子性》第2學(xué)時優(yōu)教課件

康普頓效應(yīng)第2課時17.2光的粒子性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(shí)驗(yàn)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)3.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)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(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)康普頓散射曲線的特點(diǎn)：a.除原波長

0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長

。b.新波長

隨散射角的增大而增大。

散射中出現(xiàn)

≠

0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......

0

一.康普頓效應(yīng)稱為電子的Compton波長只有當(dāng)入射波長

0與

c可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角

有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長

0無關(guān)，

c=0.0241?=2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）一.康普頓效應(yīng)1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)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。2.光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋二.康普頓效應(yīng)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(yuǎn)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?yàn)榕鲎仓薪粨Q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)。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“光子具有動量”的假設(shè)；3.證實(shí)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(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”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認(rèn)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(shí)驗(yàn)的意義康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(1892-1962)美國物理學(xué)家1925—1926年，吳有訓(xùn)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(xùn)對研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。在同一散射角()測量各種波長的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。（1897-1977）吳有訓(xùn)三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義四.光子的動量動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的光的粒子性一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律小結(jié)1.光電效應(yīng)現(xiàn)象2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律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(yīng)，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比；③光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(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，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒.

（3）光子說對光電效應(yīng)的解釋（2）愛因斯坦的光電效應(yīng)方程三、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程（1）光子：二、光電效應(yīng)解釋中的疑難1.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗(yàn)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(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B練習(xí)2.一束黃光照射某金屬表面時，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.延長光照時間B.增大光束的強(qiáng)度C.換用紅光照射D.換用紫光照射D練習(xí)3.關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，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(shè)的練習(xí)B4.能引起人的視覺感應(yīng)的最小能量為10-18J，已知可見光的平均波長約為0.6m，則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為

個，恰能引起人眼的感覺.練習(xí)35.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極限頻率，低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)練習(xí)D練習(xí)課本P391、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?yàn)槠漕l率最高。紫光不是最亮的。一為光強(qiáng)，因?yàn)楣獾牧炼扔蓛蓚€因素決定，二為人眼的視覺靈敏度。在光強(qiáng)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(yīng)最亮。練習(xí)課本P392、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 （1）如果入射光強(qiáng)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(dāng)入射光頻率高于截止頻率時，光強(qiáng)增加，發(fā)射的光電子數(shù)增多；

當(dāng)入射光頻率低于截止頻率時，無論光強(qiáng)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。練習(xí)課本例題P33分析由上面討論結(jié)果可得：

對于一定金屬，逸出功W0是確定的，電子電荷e和普朗克常量h都是常量。所以遏止電壓UC與光的頻率ν之間是線性關(guān)系即：Uc—ν圖象是一條斜率為的直線練習(xí)課本例題P36分析由上面討論結(jié)果可得：遏止電壓Uc與光電子的最大初動能Ek有關(guān)Ek越大，Uc越高；Uc為零，Ek為零，即沒有光電子所以與遏止電壓Uc=0對應(yīng)的頻率應(yīng)該是截止頻率νc由以上分析可知：根據(jù)數(shù)據(jù)作Uc—ν圖象即可求得遏止電壓Uc=0對應(yīng)的頻率就是截止頻率νcUc—ν圖象是一條斜率為的直線練習(xí)課本P365、根據(jù)圖17.2-2所示研究光電效應(yīng)的電路，利用能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種（或多種）已知頻率的光來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，怎樣測出普朗克常量？根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明實(shí)驗(yàn)步驟和應(yīng)該測量的物理量，寫出根據(jù)本實(shí)驗(yàn)計算普朗克常量的關(guān)系式。GVAKR單色光分析：陽極與電源負(fù)極相接

陰極與電源正極相接測出兩種不同頻率ν1、ν2光的遏止電壓U1、U2代入公式：

當(dāng)入射光頻率分別為ν1、ν2時，測出遏止電壓U1、U2，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得聯(lián)立上兩式，解得其中e為電子的電量，測出U1與U2就可測出普朗克常量實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將圖17.2-2電路圖電源正負(fù)對調(diào)，滑動變阻器滑動觸頭滑至最左邊，用頻率為ν1的光照射，此時電流表中有電流。將滑動變阻器滑動觸頭緩慢右滑，同時觀察