光的粒子性PPT

1、17.2光的粒子性 用弧光灯照射擦 得很亮的锌板， (注意用导线与不 带电的验电器相 连），使验电 器 张角增大到约为 30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。 一、光电效应现象一、光电效应现象 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 当光线照射在金属表面时，金属中当光线照射在金属表面时，金属中 有电子逸出的现象，称为有电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。 逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 实验表明：实验表明： 入射光越强，饱和电流越大，单入射光越强，饱和电流越大，单 位时间内发

2、射的光电子数越多。位时间内发射的光电子数越多。 V G AK 阳极阳极 阴极阴极 I I s UaOU 黄光（黄光（ 强）强） 黄光（黄光（ 弱）弱） 光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线 遏遏 止止 电电 压压 饱饱 和和 电电 流流 蓝光蓝光 U b (2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率 V G AK 阳极阳极 阴极阴极 V G AK 阳极阳极 阴极阴极 V G AK 阳极阳极 阴极阴极 遏止电压遏止电压 实验表明实验表明: 改变改变 是，是， (2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率 c 2 2 1 eUvm ce a.存在存在遏止电压遏止电压 V G AK

3、阳极阳极 阴极阴极 b. 截止频率截止频率 c 。 (2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率 V G AK 阳极阳极 阴极阴极 ，电流表指针就立电流表指针就立 即偏转。即偏转。 光电子发射所经过的时间不超光电子发射所经过的时间不超 过过1010 9 9 秒 秒 光电效应在极短的时间内完成 (3)具有瞬时性具有瞬时性 V G AK 阳极阳极 阴极阴极 ： 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以上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。以无法用经典的波动理论来解释光电效应。 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逸出功。 光越强，逸出的电

4、子数越多，光电流也就越大。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电 压压UC应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获不管光的频率如何，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。得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。 如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分如果光很弱，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，钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量， 这个时间远远大于这个时间远远大于10 S。 -

5、9 实验表明实验表明:对于一定颜色对于一定颜色(频率频率)的光的光, 无论光的强无论光的强 弱如何弱如何,遏止电压是一样的遏止电压是一样的. 温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受 到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣 脱出来，必须克服这个引力做功。脱出来，必须克服这个引力做功。 光本身就是由一个个不可分割的能光本身就是由一个个不可分割的能 量子组成的，频率为量子组成的，频率为 的光的能量子的光的能量子 为为h。这些能量子后来被称为。这些能量子后来被称为光子光子。 爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说 hE 爱因

6、斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发， 他提出：他提出： 2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程 ： 0 WEh k 0 WhE k 或 光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0 2 2 1 cek vmE 一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能后，一部分能 量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸 出后电子的初动能出后电子的初动能Ek，即：，即： 3.3.光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释 爱因斯坦方程表明，光电子的初动能爱因斯坦方程表明，光电子的

7、初动能E Ek k与与 入射光的频率成线性关系，与光强无关。只入射光的频率成线性关系，与光强无关。只 有当有当hh 时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出， 就是就是 光电效应的截止频率。光电效应的截止频率。 h W c 0 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要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积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发 生的。生的。 光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电由于爱因斯坦提出的

8、光子假说成功地说明了光电 效应的实验规律效应的实验规律, ,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时 并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的 波动理论。波动理论。 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效光电效 应应”实验，结果在实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的的 值与理论值完全一致，又一次证明了值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理论理论 的正确。

9、的正确。 爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光电效 应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论 物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921 年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和 光电效应光电效应，特别是通过著名，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最 小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝年诺贝 尔物理学奖尔物理学奖 。 思考与讨论思考与讨论 课本P36 c eUWh 0 cceK eUvm：E 2 2 1 因为 可得代入 0 WhEk 放大器放大器 控制机构控制机构 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K A 。

10、 光电管光 电源 电流计 I A K 第第2课时课时 普顿效应康普顿效应康 1.光的散射光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方因而传播方 向发生改变向发生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射 2.2.康普顿效应康普顿效应 19231923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的射线通过物质散射的 实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同 的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其 波长的改变量与散射角波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长有关，而与入射线波长

11、 和散射物质都无关和散射物质都无关。 3.3.康普顿散射的实验装置与规律：康普顿散射的实验装置与规律： 晶体晶体 光阑光阑 X 射线管射线管 探探 测测 器器 X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体 (散射物质散射物质) j 0 散射波长散射波长 按经典电磁理论：按经典电磁理论： 如果入射如果入射X光是某种光是某种 波长的电磁波，散射光波长的电磁波，散射光 的波长是不会改变的！的波长是不会改变的！ 康普顿散射曲线的特点：康普顿散射曲线的特点： a.除原波长除原波长 0外出现了移向外出现了移向 长波方向的新的散射波长长波方向的新的散射波长 。 b.新波长新波长 随散射角的增大随散射角的增大 而增大。

12、而增大。 散射中出现散射中出现 0 的现象，的现象， 称为称为康普顿散射。康普顿散射。 波长的偏移为波长的偏移为 0 =0 O j =45 O j =90 O j =135 O j . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o （A） 0.7000.750 波长波长 . . . . . 0 称为电子的称为电子的Compton波长波长 )cos1 (j j

13、c 只有当入射波长只有当入射波长 0与与 c可比拟时，康普顿效应才显可比拟时，康普顿效应才显 著，著，因此要用因此要用X射线才能观察到射线才能观察到康普顿散射，用可康普顿散射，用可 见光观察不到康普顿散射。见光观察不到康普顿散射。 波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角j j 有关，有关，而与散射物质而与散射物质 种类及入射的种类及入射的X X射线的波长射线的波长 0 0 无关， 无关， 0 c = 0.0241=2.41 10-3nm（实验值）（实验值） 1.1.有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设； 2.2.首次在实验上证实了首次在实验上证实了“光子具有动量

14、光子具有动量”的假设；的假设； 3.3.证实了证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和在微观世界的单个碰撞事件中，动量和 能量守恒定律仍然是成立的。能量守恒定律仍然是成立的。 康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文 中，一直认为散射光频率的改变是由于中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种混进来了某种 荧光辐射荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认 识到还要用动量守恒。识到还要用动量守恒。 康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。 康康 普普 顿顿 效效

15、 应应 康康 普普 顿顿 效效 应应 康普顿康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖 (1892-1962)美国物理学家美国物理学家 19251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的X射线射线( 0 =5.62nm) 为入射线为入射线, 以以15种轻重不同的元素为散射物质，种轻重不同的元素为散射物质， 4.吴有训对研究康普顿效应的贡献吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作. 对证实康普顿效应作出了对证实康普顿效应作出了 重要贡献。重要贡献。 在同一散射角在同一散射角( )测量测量 各种波长的散射光强度，作各种波长的散

16、射光强度，作 了大量了大量 X 射线散射实验。射线散射实验。 0 120 j j （1897-19771897-1977） 吴有训吴有训 2 mcE h c h c c h mcP 2 hE 2 c h m hE h P 动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的频率和波长则是用来描述波的 光的粒子性光的粒子性 一、光电效应的基本规律一、光电效应的基本规律 1.光电效应现象光电效应现象 2.光电效应实验规律光电效应实验规律 （3 3）光子说对光电效应的解释）光子说对光电效应的解释 （2）爱因斯坦的光电效应方程）爱因斯坦的光电效应方程 三、爱因斯坦的光电效应方程三、爱

17、因斯坦的光电效应方程 （1 1）光子：）光子： 二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难 1.1.在演示光电效应的实验中，原来不带在演示光电效应的实验中，原来不带 电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧 光灯照射锌板时，验电器的指针就张开光灯照射锌板时，验电器的指针就张开 一个角度，如图所示，一个角度，如图所示， 这时这时( )( ) A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电 B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电 C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电 D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电 B 练习

18、练习 2.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产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属产生光电效应的是( )( ) A.A.延长光照时间延长光照时间 B.B.增大光束的强度增大光束的强度 C.C.换用红光照射换用红光照射 D.D.换用紫光照射换用紫光照射 D B 3 D 练习练习课本课本P39 1、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想 想看，这种光是否一定最亮？为什么？想看，这种光是否一定最亮？为什么？ 在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其在可见光范围

19、内，紫光的光子能量最大，因为其 频率最高。频率最高。 紫光不是最亮的。紫光不是最亮的。 一为光强，一为光强， 因为光的亮度由两个因素决定，因为光的亮度由两个因素决定， 二为人眼的视觉灵敏度。二为人眼的视觉灵敏度。 在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位 的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。 课本课本P39 2、在光电效应实验中、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？）如果入射光强度增加，将产生什么结果？ （2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？）如果入射光频率增加，将产生什

20、么结果？ （1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，）当入射光频率高于截止频率时，光强增加， 发射的光电子数增多；发射的光电子数增多； 当入射光频率低于当入射光频率低于 截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光 电子发射出来。电子发射出来。 （2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初）入射光的频率增加，发射的光电子最大初 动能增加。动能增加。 课本例题课本例题P36 分析 c eUWh 0 由上面讨论结果 e W e h U c 0 可得： 对于一定金属，逸出功对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷是确定的，电子电荷 e和普朗克常量和普朗克常量h都

21、是常量。都是常量。 所以遏止电压UC与光的频率之间是线性关系 e W 0 h W 0 即：Uc图象是一 条斜率为 的直线 e h 课本例题P36 分析c eUWh 0 由上面讨论结果 e W e h U c 0 可得： e W 0 h W 0 cceK eUvm：E 2 2 1 因为 遏止电压遏止电压Uc与光电子与光电子 的最大初动能的最大初动能Ek有关有关 Ek越大，越大， Uc越高；越高；Uc为零，为零， Ek为零，即没有光电子为零，即没有光电子 所以与遏止电压所以与遏止电压U Uc c=0=0对应的频率应该是截止频率对应的频率应该是截止频率c c 0 0 c eUWh0 Wh C 由以上

22、分析可知：由以上分析可知： 根据数据作根据数据作Uc图象即可求得图象即可求得 遏止电压遏止电压U Uc c=0=0对应的频率就是截止频率对应的频率就是截止频率c c U Ucc图象是一条斜率为图象是一条斜率为 的直线的直线 e h 课本课本P39 5 5、根据图、根据图17.2-217.2-2所示研究光电效应的电路，利用能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。朗克常量的关系