2023学年完整公开课版光的粒子性x

2科学的转折:光的粒子性

第十七章波粒二象性1.一、光电效应现象

在光(包括不可见光)的照射下，金属中电子从表面逸出的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子产生光电效应的条件

锌板用紫外线照射，能产生光电效应，用可见光照射则不能产生光电效应。

任何一种金属，都有一个极限(截止)频率，入射光的频率必须大于这个极限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.。

阴极K在光照时能够发射光电子,在电路中形成光电流。

当A、K间加正向电压，在光照条件不变的情况下，随着所加电压增大,光电流趋于一个饱和值。

入射光越强，饱和光电流越大阳极阴极二.光电效应的实验规律21.存在饱和电流(单位时间内发射的光电子数越多)。

阳极阴极二.光电效应的实验规律2.存在着遏止电压

当A

、K

间加反向电压，光电子要克服电场力作功，

当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。

遏止电压Uc(光电子的最大初动能)和光的强度无关,只与光的频率有关.二.光电效应的实验规律

3.光电效应具有瞬时性

入射光的频率大于极限(截止)频率时，无论光强怎么微弱，几乎在照到金属时立即产生光电效应.光电效应的实验规律小结1.能否产生光电效应决定光的频率，和光的强度无关.2.产生的光电子的最大初动能决定光的频率，和光的强度无关.3.产生光电效应是瞬时的.4.单位时间内产生的光电子数(饱和电流)决定于光的强度IUcOU光强较强光强较弱光电效应伏安特性曲线遏止电压饱和电流

三.光电效应解释中的疑难

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.

按照光的经典电磁理论，入射光越强，光电子逸出的最大初动能应该越大。也就是说，光电子的最大初动能应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。

1.为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，频率为

的光是由大量能量子为

=h的光子组成.2.爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h，一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek

,由能量守恒可得出：四.爱因斯坦的光电效应方程

3.光较强时，入射的光子数多，产生的光电子也较多，所以饱和电流较大。

爱因斯坦对光电效应的解释：

1.从光电效应方程中，当最大初动能为零时,可得极限频率：

2.电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。

由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921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。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”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。光电管电源电流计IAK放大器控制机构

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

康普顿效应第2课时1.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2.康普顿效应

1923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相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长

和散射物质都无关。一.康普顿散射的实验装置与规律：晶体

光阑X射线管探测器X射线谱仪

石墨体(散射物质)j

0散射波长

康普顿正在测晶体对X射线的散射

按经典电磁理论：

如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！康普顿散射曲线的特点：1.除原波长

0外出现了移向长波方向的新的散射波长

。2.新波长

随散射角的增大而增大。

散射中出现

≠

0的现象，称为康普顿散射。波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波长.......

0

称为电子的Compton波长只有当入射波长

0与

c可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角

有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长

0无关，

c=0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）遇到的困难经典电磁理论在解释康普顿效应时2.无法解释波长改变和散射角的关系。射光频率应等于入射光频率。其频率等于入射光频率，所以它所发射的散过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，1.根据经典电磁波理论，当电磁波通光子理论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子能量几乎不变，波长不变。小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，是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.若光子和外层电子相碰撞，光子有一结果，具体解释如下：3.因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。光子理论对康普顿效应的解释三.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。康普顿效应康普顿效应康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家19271925—1926年，吴有训用银的X射线(

0=5.62nm)为入射线,以15种轻重不同的元素为散射