光的粒子性公开课

光的粒子性公开课第一页，共二十九页，2022年，8月28日17世纪明确形成了两大对立学说牛顿惠更斯微粒说波动说19世纪初证明了波动说的正确性由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性对光的研究从很早就开始了……第二页，共二十九页，2022年，8月28日复习：普朗克的能量子说黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量第三页，共二十九页，2022年，8月28日第十七章波粒二象性第二节光的粒子性第四页，共二十九页，2022年，8月28日一、光电效应现象点击演示：光电效应实验：用紫外线照射锌板可清楚看到：灵敏验电器指针张开金属在光（包括不可见光）的照射下，从表面逸出电子的现象叫

光电效应发射出来的电子叫光电子光电子定向移动形成的电流叫光电流在紫外线的照射下，有电子从锌板飞出，锌板带了正电。第五页，共二十九页，2022年，8月28日2、存在着遏止电压和截止频率下面我们来继续探讨二、光电效应的基本规律3、效应具有瞬时性1、存在着饱和电流第六页，共二十九页，2022年，8月28日1、存在着饱和电流实验表明：入射光越强，饱和电流越大；入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。光照不变，增大UAK，G表中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。单色光阳极GVAKR阴极第七页，共二十九页，2022年，8月28日2、存在着遏止电压和截止频率(1)存在遏止电压U:c使光电流减小到零的反向电压－U++++++

一一一一一一v加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若最大的初动能U=0时，I≠0，因为电子有初速度则I=0，式中UC为遏止电压第八页，共二十九页，2022年，8月28日我们来看如图所示的实验：GVAKR单色光实验表明: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.当图中电流表G的读数为0时，伏特表V的读数就是下式中的“Uc”。阳极阴极第九页，共二十九页，2022年，8月28日2、存在着遏止电压和截止频率科学家曾做过类似于左图的实验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。不同金属的截止频率不同。(2)存在截止频率ν:c经研究后发现：第十页，共二十九页，2022年，8月28日3、效应具有瞬时性GVAKR单色光实验结果：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10－9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第十一页，共二十九页，2022年，8月28日光电效应实验规律小结①入射光越强，饱和电流越大。②光电子的最大初动能(或遏止电压UC)与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大。表明存在截止频率（极限频率）。入射光的频率必须大于这个频率，才能发生光电效应。不同金属截止频率不同。③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10-9秒。

阳极阴极第十二页，共二十九页，2022年，8月28日经典电磁理论观点:光的能量是由光的强度决定的,与频率无关。光的能量是连续的。三、光电效应解释中的疑难第十三页，共二十九页，2022年，8月28日经典电磁理论认为...而实验结论...光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关对一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的。光的频率改变时会改变;光电子的最大初动能只与入射光的频率有关不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应如果光很弱，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10-9s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10-9秒相符矛盾矛盾矛盾第十四页，共二十九页，2022年，8月28日逸出功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。每种金属都有自己一定的逸出功W0光照到金属表面，电子吸收能量，当具有的能量大于金属的逸出功W0，就可能从表面飞出成为光电子。第十五页，共二十九页，2022年，8月28日四、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：第十六页，共二十九页，2022年，8月28日（2）爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：或——光电子最大初动能

——金属的逸出功

W0一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：第十七页，共二十九页，2022年，8月28日光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（t﹤10-9秒）入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。光电效应规律光子理论的解释任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效（3）爱因斯坦方程对光电效应的解释光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，光电流越大.（）（由频率决定）产生光电效应条件（截止频率）一个光子携带的能量一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累。最大初动能第十八页，共二十九页，2022年，8月28日思考与讨论？课本P33第十九页，共二十九页，2022年，8月28日练习课本例题P34分析由上面讨论结果可得：

对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷e和普朗克常量h都是常量。所以遏止电压UC与光的频率ν之间是线性关系即：Uc—ν图象是一条斜率为的直线第二十页，共二十九页，2022年，8月28日练习课本例题P34分析由上面讨论结果可得：遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关Ek越大，Uc越高；Uc为零，Ek为零，即没有光电子所以与遏止电压Uc=0对应的频率应该是截止频率νc第二十一页，共二十九页，2022年，8月28日由以上分析可知：根据数据作Uc—ν图象即可求得遏止电压Uc=0对应的频率就是截止频率νcUc—ν图象是一条斜率为的直线第二十二页，共二十九页，2022年，8月28日康普顿效应康普顿效应康普顿(1892-1962)美国物理学家康普顿（五）第二十三页，共二十九页，2022年，8月28日一、光的散射: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。

1918-1922年康普顿在做X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λ0相同的射线外，还有比入射线波长λ0更长的射线，这个现象称为康普顿效应。二、康普顿效应第二十四页，共二十九页，2022年，8月28日根据经典电磁波理论，由于光是电磁振动的传播，入射光引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光。

散射光的频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射光的频率。这与实验事实不符。经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到了困难。第二十五页，共二十九页，2022年，8月28日光子理论对康普顿效应的解释1.康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果。2.光子不仅有能量还有动量。3.用动量守恒定律和能量守恒定律可以完美地解释康普顿效应。第二十六页，共二十九页，2022年，8月28日康普顿散射实验的意义（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”

的假设；（3）证实了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。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“混进来了某种荧光辐射”；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。康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。第二十七页，共二十九页，2022年，8月28日1925—1926年，吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射