1光的粒子性全市一等奖x

科学的转机--光的粒子性1887年赫兹在做电磁波实验时发现了光电效应。什么是光电效应

当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。一、光电效应光线经石英窗照在阴极上时有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。当A加正向电压，电流增加，到一定值时达到饱和。光线越强，饱和光电流越大。光电效应实验阳极阴极二.光电效应实验规律与经典理论矛盾之处经典认为光强越大，电磁场的幅度越大，光电子的初动能也该大。但实验上光电子初动能只与频率有关。2、存在截止频率

0：对于各种金属材料，都相应有一确定的截止频率

0

。

而经典理论认为有光线照射，电子就会吸收能量，时间足够长，就可以产生光电流。有无光电效应和光的照射时间有关，不应与频率有关。只要频率高于

0

，既使光强很弱也有光电流；频率低于

0

，无论光线再强也没有光电流。遏止电压Uc与光强无关，和入射光的频率成正比。3、光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。经典理论认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。瞬时光电子发射违背经典理论的规律。3.爱因斯坦的光量子假设为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论。1.光量子假设光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。频率为

的光是由大量能量为

=h光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c运动。在光电效应实验中：电子吸收了光子的能量，一部分提供给电子逸出金属表面的功W，另一部分变为光电子的动能Ek0。由能量守恒可得出：初动能及反向截止电压与

成正比，而与光强无关。(1)由得2.爱因斯坦光电效应方程3.光电效应的解释式中：A为电子逸出金属表面所需作的功，称为逸出功；为光电子的最大初动能。(2)截止频率

0的解释:当入射光频率

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时，电子才能逸出金属表面，产生光电效应。不同金属具有不同的截止频率。（3）光电流正比于光强的解释

光强正比于单位时间流过单位面积的光子数。光强越大，光子数越多。金属内电子吸收一个光子可以释放一个光电子。光强越大，光电子越多，光电流越大。但是光子的能量小于逸出功时无光电流。入射光频率低于

0时，光子能量小于(h

<W)

逸出功，无光电子产生。（4）光电效应瞬时性的解释

电子吸收光子时间很短，只要光子频率大于截止频率，电子就能立即逸出金属表面，无需积累能量的时间，与光强无关。例1：铂的逸出功为6.3eV，求铂的截止频率

0

。解：λ=196nm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。4.光电效应理论的验证由相对论光子的质能关系光子的质量5.光子的质量、能量和动量由相对论质速关系有所以，光子的静止质量为零。光子的能量就是动能。由狭义相对论能量和动量的关系式光子的能量和动量的关系式为：光子的动量：例：求波长为20nm紫外线光子的能量、动量及质量。解：能量动量质量二、康普顿效应1.光的散射光束通过某些介质时，可以看到光的散射现象。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

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和散射物质都无关。这种波长改变的散射称为康普顿效应。经典理论无法解释康普顿效应。经典理论认为：物质中的电子会随入射光以相同的频率振动，并向外辐射，即散射光的频率与入射光频率相等。而无法解释有Δλ

存在的实验规律。

X射线是由一些能量为

=h的光子组成，并且这些光子与自由电子发生完全弹性碰撞，X-ray3.康普顿效应的光量子理论解释可见，康普顿效应中，发生波长改变的原因是：当一个光子与散射物质中的一个自由电子碰撞后，电子获得一部分能量，散射的光子能量减小，频率减小，波长变长。

康普顿散射进一步证实了光子理论的正确性，还证明了在微观领域中也是严格遵守能量、动量守恒定律。三、光的波粒二象性光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。

光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。

光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。光子能量和动量为上两式左边是描写