第二节_光的粒子性

1、光的粒子性光的粒子性波粒二象性波粒二象性一、光电效应现象一、光电效应现象结论：结论：锌板在射线照射下失去电子而带正电锌板在射线照射下失去电子而带正电实验逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电效应：光电效应：照射到金属表面的光，能使金属照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象中的电子从表面逸出的现象 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光子和光电子的区别？光子和光电子的区别？ 光子光子，是，是传递电磁相互作用传递电磁相互作用的基本粒子，每的基本粒子，每个光子的能量为个光子的能量为E=hv, 光电子光电子是金属表面受是金属表面受到光照射时发射出来的电

2、子，其本质是到光照射时发射出来的电子，其本质是电子电子1、存在饱和电流存在饱和电流 当当A接正极，接正极，K接负极接负极时，控制入射光的强度一时，控制入射光的强度一定，使定，使UAK从从0开始增大，开始增大，观察到电流表的示数一开观察到电流表的示数一开始增大，到某一数值后就始增大，到某一数值后就不再增大。不再增大。 这个最大电流就叫做这个最大电流就叫做饱和电流。饱和电流。二、实验研究光电效应的规律二、实验研究光电效应的规律AK阳极阳极阴极阴极 + - AV对存在饱和电流的解释：对存在饱和电流的解释： K板逸出的电子向各板逸出的电子向各个方向运动，如果不加电个方向运动，如果不加电压，很多电子无法

3、到达压，很多电子无法到达A板，无法形成较大电流。板，无法形成较大电流。 加上电压后，越来越加上电压后，越来越多的电子到达多的电子到达A板，电流板，电流越来越大。越来越大。 但是，如果所有电子但是，如果所有电子都达到了都达到了A板，继续增大板，继续增大电压，就无法再增大电流。电压，就无法再增大电流。AK阴极阴极+ - AV实验表明：实验表明：光的颜色不变光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流的情况下，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。越大，单位时间内发射的光电子数越多。注：注：入射光的强度指入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量

4、单位面积上的总能量，入射光的强度等于，入射光的强度等于单位时单位时间内光子能量与入射光子数的乘积间内光子能量与入射光子数的乘积入射光越亮入射光越亮光强越大光强越大提问：若光强一定，光的频率增提问：若光强一定，光的频率增大，那么饱和光电流怎么变化？大，那么饱和光电流怎么变化？ 变小变小思考思考1：如果：如果AK之间不加电压，电流是否为之间不加电压，电流是否为0？思考思考2：如何才能使电流为：如何才能使电流为0？2、存在遏止电压存在遏止电压Uc （反向截止电压）（反向截止电压） 当当A接负极，接负极，K接正极接正极时，控制入射光的强度一时，控制入射光的强度一定，使定，使UKA从从0开始增大，开始增

5、大，观察到电流表的示数逐渐观察到电流表的示数逐渐减小到减小到0。 电流刚减小到电流刚减小到0时对应时对应的的UKA叫做遏止电压叫做遏止电压Uc。AK阴极阴极 - + AV对存在遏止电压的解释：对存在遏止电压的解释： 加上反向电压后，电加上反向电压后，电子受到的电场力方向与运子受到的电场力方向与运动方向相反，电子减速。动方向相反，电子减速。 如果反向电压足够大，如果反向电压足够大，电子将无法达到电子将无法达到A板。临界板。临界的电压值即为遏止电压的电压值即为遏止电压Uc。 其中，其中，vc是所有光电子的最大初速度，是所有光电子的最大初速度， 是光电子的最大初动能。是光电子的最大初动能。+ + +

6、 + + + 一一 一一 一一 一一 一一 一一EEFvUKAc221eUvmcec221eUvmce IUc2OU黄光（黄光（ 强）强）黄光（黄光（ 弱）弱）实验测得的光电效应曲线实验测得的光电效应曲线蓝光蓝光Uc1遏遏止止电电压压饱和电流饱和电流Is3、存在截止频率存在截止频率c 当入射光的频率减小当入射光的频率减小到某一数值到某一数值c时，无论光时，无论光的强度多大，加上怎样的的强度多大，加上怎样的电压，都不会有光电流。电压，都不会有光电流。 这个临界频率叫做截这个临界频率叫做截止频率止频率c。AK阴极阴极 - + AV4、光电效应的瞬时性光电效应的瞬时性 当入射光的频率超过截止频率时，

7、无论光当入射光的频率超过截止频率时，无论光如何微弱，几乎在瞬间就会产生光电流。时如何微弱，几乎在瞬间就会产生光电流。时间间隔不超过间间隔不超过10-9s。三、光电效应解释中的疑难三、光电效应解释中的疑难推论推论1：光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏：光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压止电压Uc应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。实验结果：遏止电压只与光的频率有关。对于一定颜实验结果：遏止电压只与光的频率有关。对于一定颜色（频率）的光色（频率）的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。一样的。推论推论2：不管光的频率如何，只要光足够强，电子都：不管光的

8、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。可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。实验结果：对于不同的物体，都有相应的截止频率。实验结果：对于不同的物体，都有相应的截止频率。推论推论3：如果光很弱，电子需要很长时间才能获得逸：如果光很弱，电子需要很长时间才能获得逸出表面需要的能量。出表面需要的能量。实验结果：时间小于实验结果：时间小于10-9s四、爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程 金属中的电子吸收一个光子的能量是金属中的电子吸收一个光子的能量是hv，一，一部分能量用来克服金属的逸出功部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的，剩下的表现为逸

9、出后电子的最大初动能表现为逸出后电子的最大初动能Ek，即：，即： 0kEhW221vmEek其中 为光电子的最大初动能 逸出功逸出功W0：金属表面的电子直接向外飞出时，只金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做的功。需克服原子核的引力做的功。(也就是说电子脱离也就是说电子脱离某种金属所做功的最小值某种金属所做功的最小值)其中 为光电子的最大初动能 影响饱和电流、遏制电压、截止频率的因素影响饱和电流、遏制电压、截止频率的因素1、只要入射光频率超过截止频率，饱和电流、只要入射光频率超过截止频率，饱和电流的大小只与单位时间内的光子数有关。的大小只与单位时间内的光子数有关。2、截止频率只与

10、金属的逸出功有关，即只与、截止频率只与金属的逸出功有关，即只与金属的种类有关。金属的种类有关。3、遏制电压与入射光频率和逸出功有关。、遏制电压与入射光频率和逸出功有关。0cWh0chWUe思考思考1：同种频率的光射到同种金属上，增强：同种频率的光射到同种金属上，增强入射光时，饱和电流、遏止电压分别如何变入射光时，饱和电流、遏止电压分别如何变化？化？答案：饱和电流增大，遏止电压不变。答案：饱和电流增大，遏止电压不变。思考思考2：相同强度（单位时间内的能量）的单：相同强度（单位时间内的能量）的单色光射到同种金属上，增加入射光的频率时，色光射到同种金属上，增加入射光的频率时，饱和电流、遏止电压分别如

11、何变化？饱和电流、遏止电压分别如何变化？答案：饱和电流减小，遏止电压增大。答案：饱和电流减小，遏止电压增大。2、遏止电压、遏止电压-入射光频率：入射光频率：Uc-图像图像思考思考1：截距和斜率的物理意义分别是什么？：截距和斜率的物理意义分别是什么？思考思考2：如果将两种不同金属的：如果将两种不同金属的Uc-曲线画在曲线画在同一张图像中，会是怎样的？同一张图像中，会是怎样的？Uc-W0/ec0cWhUee五、康普顿效应五、康普顿效应1、光的散射、光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。向发生改变，这种现象叫做光的

12、散射。2、康普顿效应、康普顿效应 康普顿在做康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与现散射线中除有与入射波长相同的射线外入射波长相同的射线外，还有比，还有比入射波长更长的射线入射波长更长的射线。hv电子碰前碰后hv光电效应和康普顿效应深入了揭示了光的粒光电效应和康普顿效应深入了揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外还具有动量。表明光子除了具有能量之外还具有动量。碰后光子的能量减小，所以频率变小，波长变长五、光子的动量五、光子的动量hp 2mcE hv狭义相对论：一个光子的能

13、量：2chvm 动量：vcchvcchvmvp.2光子的动量：例例2、关于光子说的基本内容有以下几点，正、关于光子说的基本内容有以下几点，正确的是确的是( )A、在空间传播的光是不连续的，而是一份一、在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子份的，每一份叫一个光子B、光是具有质量、能量和体积的物质微粒子、光是具有质量、能量和体积的物质微粒子C、光子的能量跟它的频率成正比、光子的能量跟它的频率成正比D、光子客观并不存在，而是人为假设的、光子客观并不存在，而是人为假设的答案：答案：ACD例例3、关于光电效应下述说法中正确的是、关于光电效应下述说法中正确的是( )A、光电子的最大初动

14、能随着入射光的强度增、光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大大而增大B、只要入射光的强度足够强，照射时间足够、只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应长，就一定能产生光电效应C、在光电效应中，饱和光电流的大小与入射、在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关光的频率无关D、任何一种金属都有一个极限频率，低于这、任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应个频率的光不能发生光电效应答案：答案：D课后练习课后练习例例4、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能、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？为量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？什么？