3　粒子的波动性

1、,第十七章：波粒二象性,第2节：光的粒子性,1. 通过实验了解光电效应的实验规律。 2. 知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3. 了解康普顿效应，了解光子的动量。,首先提出光是什么，让学生进行发散讨论，引入新课内容光的粒子性。通过光电效应实验，得出光电效应的概念，接着通过视频，观察光电效应实验的规律，和学生共同总结出光电效应实验的三条规律。又通过“无法用经典的波动理论来解释光电效应”，提出三个结论都与实验结果相矛盾的问题，引出爱因斯坦的光电效应方程。最后通过光电效应理论的验证的介绍，验证了爱因斯坦的光电效应方程理论的正确性，并且补充了光电效应在近代技术中的应用。 在光电效应的实验中，利用视频

2、演示了锌板在紫外光和白炽灯照射下发生的现象，使学生产生了浓厚的学习兴趣。并通过展示原理图，让学生了解光电效应实验的原理和规律。在介绍爱因斯坦的光电效应方程理论的时候，可以结合学生以往对功能关系的学习，进而得出矛盾的观点，引出光电效应理论的验证，并通过光控继电器和光电倍增管的例子，说明光电效应在近代技术中的应用，使学生能结合生活生产活动，联系物理的理论学习。,太阳能是比较环保又很经济的能源，利用太阳能电板可以将太阳光转化成电能储存起来，充当电源。那么光是什么呢，那么本节课我们就一起来学习。,把一块锌板连接在验电器上，用紫外线照射锌板，观察验电器指针的变化。,光电效应,使验电器张角增大到约为 30

3、度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电!,定义：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。,逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流。,一、光电效应现象,1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接 收电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花。这就 是最早的光电效应。 后来经过汤姆逊等多名科学家的实验研究，证实了 这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子 从表面逸出，这个现象就叫光电效应。,光电效应规律,二、光电效应的实验规律,1. 存在饱和电流,光照不变，增大 UAK，G 表中

4、电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,因为光照条件一定时，K 发射的电子数目一定。,实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。,v,加反向电压，如图所示：,光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。若,U = 0 时，I 0，因为电子有初速度。,则 I = 0，式中 Uc 为遏止电压。,2. 存在遏止电压和截止频率,遏止电压 Uc ：使光电流减小到零的反向电压,U,K,A,速率最大的是 vc,最大初动能,光电效应伏安特性曲线,实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。光的频率 改变时，遏止电压也会改变。,光电子的最大

5、初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。,截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率 c 。,当入射光频率 c 时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率 c 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。,更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过109 秒 ( 这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”)。,光电效应在极短的时间内完成！,3. 具有瞬时性,勒纳德等人通过实验得出以下结论,1. 对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光

6、电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；,4. 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过 109 秒。,3. 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；,2. 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；,逸出功 W0 ：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。,光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。,三、光电效应解释中的疑难,1. 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压 Uc 应与光的强弱有关。,实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。,按照光的电磁理论，可以得到以下结论：,以上

7、三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。,2. 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。,3. 如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9 s。,1. 内容：光不仅在发射和吸收时以能量为 h 的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 = h 的光子组成的粒子流组成的，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功 W0 ，另一部分变为光电子逸出后的动能 E

8、k 。由能量守恒可得出：,2. 爱因斯坦光电效应方程,四、爱因斯坦的光量子假设,W0 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功； 为光电子的最大初动能。,3. 光子说对光电效应的解释,(2) 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。,(3) 光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。,(1) 爱因斯坦方程表明，光电子的初动能 Ek 与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当 h W0 时，才有光电子逸出，vc= W0 /h 就是光电效应的截止频率 。,4. 光电效应理论的验证,美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应

9、”实验，结果在 1915 年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。,爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖,密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖,。,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,五、光电效应在近代技术中的应用,1. 光控继电器,可对微弱光线进行放大，可使光电流放大 105 108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。,2. 光电倍增管,1. 光电效应现象,2. 光电效应实验规律,4. 爱因斯坦的光电效应方程,3. 光电效应解释中的疑难,5. 光电效应在近代技术中的应用,B,2. 一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则 下列措施中可能使该金属产生光电效应的是( ) A. 延长光照时间 B. 增大光束的强度 C. 换用红光照射 D. 换用紫光照射,D,3. 根据图所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。,解