《波粒二象教学》ppt课件

1、第十七章：波粒二象性2 2、科学的转机：、科学的转机： 光的粒子性第一课时光的粒子性第一课时回想前面的学习及人类对光的本性的认识和开展过程？光终究是什么？19世纪初光的干涉、衍射和偏振，19世纪60-80年代麦克斯韦、赫兹从实际和实验上确认了光的电磁波本质。光的动摇实际日趋完美。这时候有一种景象使光的动摇实际无能为力。用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(留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接近锌板，那么验电器的指针张角会变大。阐明：锌板在射线照射下失去电子而带正电在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的景象叫做光电效应。发射出来的电子叫

2、做光电子1.1.什么是光电效应什么是光电效应 当光线照射在金属外表时，金属中有电子逸出的景象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。AKGV阳阳极极阴阴极极 光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。光电子在电场作用下构成光电流。光照条件不变的情况下，随着所加电压添加，光电流趋于一个饱和值，即使电压添加电流也不会增大-饱和电流。2. 2. 光电效应实验及安装光电效应实验及安装AKGV阳阳极极阴阴极极 将换向开关反接，电场反向，那么光电子分开阴极后将受反向电场妨碍作用。 当 K、A 间加反向电压，光电子抑制电场力作功，当电压到达某一值 Uc 时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。212eccm

3、veU3、遏止电压光电效应伏安特性曲线光电效应实验安装光电效应实验安装IUcOU光光 强强 较较 弱弱遏遏止止电电压压AKGV阳阳极极阴阴极极光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线光电效应实验安装光电效应实验安装IIsUaOU光光 强强 较较 强强光光 强强 较较 弱弱遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流AKGV阳阳极极阴阴极极AGVK阳阳极极阴阴极极W石英石英窗窗.光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。饱和光电流强度与入射光强度成正比。.截止频率c -极限频率对于每种金属资料，都相应的有一确对于每种金属资料，都相应的有一确定的截止频率定的截止频率 c c 。 当入射光频率当入射光

4、频率 c c 时，电子才干逸时，电子才干逸出金属外表；出金属外表；当入射光频率当入射光频率 c c时，无论光强多大也无电子逸出时，无论光强多大也无电子逸出金属外表。金属外表。光电效应是瞬时的。从光开场照射到光电子逸出所需时间10-9s。二二. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律三、光电效应解释中的疑问。 按照经典电磁实际：按照经典电磁实际：1 1、光越强，光电子的初动能应越大，遏止、光越强，光电子的初动能应越大，遏止电压应与光强有关。电压应与光强有关。2 2、入射光的光强越大，光电子逸出的能量、入射光的光强越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该也应该越大。也就是说，光

5、电子的能量应该随着光强度的添加而增大，不应该与入射光随着光强度的添加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。的频率有关，更不应该有什么截止频率。3 3、假设光很弱，经过足够长的时间，也应、假设光很弱，经过足够长的时间，也应能产生光电效应，其实不然。能产生光电效应，其实不然。 光电效应实验阐明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只需频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。 光电效应具有瞬时性。而经典以为吸收能量要时间，即需能量的积累过程。众多疑问呼唤着新的思想、新的观念、新的实际。 为了解释光电效应，

6、爱因斯坦在能量子假说的根底上提出光子实际，提出了 -光量子假设。四四. .爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设1.1.内容内容 光不仅在发射和吸收时以能量为h一份一份的，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 光子组成，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。0WEhk 在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分耗费在电子逸出功w0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：2.2.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程0212keWEm v其中：为脱离金属所做最小功。 光电子最大初动能。 3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率

7、成线性关系 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率： 爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。 2. 电子只需吸收一个光子就可以从金属外表逸出，所以不需时间的累积。 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成认，由于它根本违背了光的动摇实际。4.4.光电效应实际的验证光电效应实际的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应实验，结果在1915年证明了爱因斯坦方程，h 的值与实际值完全一致，又一次证明了“光量子实际的正确。爱因斯坦由于对光电效应的实际解释和对实际物理学的奉献获得1921年诺贝尔物理学奖密立

8、根由于研讨根本电荷和光电效应，特别是经过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。小结： 一.什么是光电效应 二.光电效应的实验规律 三、光电效应解释中的疑问 四.爱因斯坦的光量子假设 爱因斯坦对光电效应的胜利解释。 作业：复习光电效应， 预习康普顿效应。第十七章：波粒二象性2 2、科学的转机：、科学的转机： 光的粒子性第光的粒子性第2 2课时课时 康普顿效应康普顿效应第2课时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,因此传因此传播方向发生改动播方向发生改动,这种景象叫做光的散射这种景象叫做光的散射2.2.康普顿效应康普顿效应 192

9、3年康普顿在做 X 射线经过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长一样的射线外，还有比入射线波长更长的射线其波长的改动量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体对对X X 射线的散射射线的散射经典电磁实际在解释康普顿效应时遇到的困难 根据经典电磁波实际，当电磁波经过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 2. 无法解释波长改动和散射角的关系。光子实际对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远2. 假设光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，是

10、散射光的波长大于入射光的波长。 部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于1. 假设光子和外层电子相碰撞，光子有一结果，详细解释如下： 3. 由于碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改动和散射角有关。小于原子质量，根据碰撞实际，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。三三. .康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义1 1有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子假设；光量子假设； 2 2初次在实验上证明了初次在实验上证明了“光子具有动量光子具有动量 的假设；的假设；3 3证明了在微观世界的单个碰撞事件中，证明了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律依然是成立的。动量和能量守恒

11、定律依然是成立的。康普顿的胜利也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，不断以为散射光频率的改动是由于“混进来了某种荧光辐射；在计算中起先只思索能量守恒，后来才认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。19251926年，吴有训用年，吴有训用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，四、吴有训对研讨康普顿效应的奉献四、吴有训对研讨康普顿效应的奉献1923年年,参与了发现康普顿效应的研讨任务参与了发现康普顿效应的研讨任务.对证明康普顿效应作出了对证明康普顿效应作出了重要奉献。重要奉献。在同一散射角在同一散射角( )丈量丈量各种波长的散射光强度，作各种波长的散射光强度，作了大量了大量 X 射线散射实验。射线散射实验。0120 1897-19771897-1977 吴有训吴有训光子的能量和动量2Em cEh，。2hhhPmcccc光子动量：2hmc光子质量：EhhP光子能量：光子动量：动量能量是描画粒子的,频率和波长那么是用来描画波的，但动量和能量的表达中具有描