光的粒子性完整版

2024/3/102光的粒子性第一页，共十八页。用弧光灯照射(zhàoshè)擦得很亮的锌板，(注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靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。表明锌板(xīnbǎn)在射线照射下失去电子而带正电一.光电效应的实验(shíyàn)规律第二页，共十八页。1.光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)

当光线（包括不可见光）照射在金属(jīnshǔ)表面时，金属(jīnshǔ)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(ɡuānɡdiànxiàoyìng)的实验规律光电子定向移动形成的电流叫光电流第三页，共十八页。2.光电效应的实验(shíyàn)规律（1）存在(cúnzài)饱和电流光照不变，增大UAK，G表中电流达到(dádào)某一值后不再增大，即达到(dádào)饱和值。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。实验表明：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。思考：为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？分析解答：光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有极少的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。思考：保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压，大家分析光电流会怎样变化？阳极阴极第四页，共十八页。：使光电流减小到零的反向(fǎnxiànɡ)电压－++++++

一一一一一一v加反向(fǎnxiànɡ)电压，如右图所示：光电子所受电场力方向(fāngxiàng)与光电子速度方向(fāngxiàng)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(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UCEEUFKA第五页，共十八页。实验表明:对于一定(yīdìng)颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.光的频率

ν改变时，遏止电压也会改变。(2)存在遏止(èzhǐ)电压和截止频率a.存在遏止(èzhǐ)电压UC光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。IIsUaOU黄光（强）黄光（弱）光电效应伏安特性曲线遏止电压饱和电流兰光Ub思考：对刚才的实验，加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？第六页，共十八页。经研究(yánjiū)后发现：b.存在(cúnzài)截止频率νc对于每种金属(jīnshǔ)，都相应确定的截止频率νc。

当入射光频率ν

>νc

时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν<νc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。(2)存在遏止电压和截止频率第七页，共十八页。实验结果：即使入射光的强度非常微弱(wēiruò)，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(yánjiū)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(shíjiān)内完成(3)具有瞬时性阳极阴极猜测：电子是怎样吸收入射光的能量的呢？当年爱因斯坦等大量科学家也在做这样类似的猜测。思考：如果入射光的频率超过截至频率，做两次实验，第一次用很弱的光照射，第二次用很强的光照射，请问那一次光电子从锌板跑出来的时间长些？第八页，共十八页。勒纳德等人通过实验得出以下(yǐxià)结论：①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；②当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；④入射光照到金属上时，光电子的发射(fāshè)几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.

第九页，共十八页。

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法(wúfǎ)用经典的波动理论来解释光电效应。逸出功W0使电子脱离某种金属所做功(zuògōng)的最小值，叫做这种金属的逸出功。光越强，逸出的电子(diànzǐ)数越多，光电流也就越大。①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。②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。③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。√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.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。二.光电效应解释中的疑难第十页，共十八页。1.光子(guāngzǐ)：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成(zǔchénɡ)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(guāngzǐ)说爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：三.爱因斯坦的光电效应方程第十一页，共十八页。2.爱因斯坦的光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)方程或——光电子最大初动能(dòngnéng)

——金属(jīnshǔ)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：第十二页，共十八页。3.光子(guāngzǐ)说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率(pínlǜ)成线性关系，与光强无关。只有当hν>W0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎(jīhū)是瞬时发生的。③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。第十三页，共十八页。2024/3/10光子(guāngzǐ)说对光电效应的解释第十四页，共十八页。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(shíyàn)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(dàngshí)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。4.光电效应理论(lǐlùn)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。第十五页，共十八页。爱因斯坦由于对光电效应(ɡuānɡdiànxiàoyìng)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(yánjiū)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。第十六页，共十八页。2024/3/10谢谢第十七页，共十八页。内容(nèiróng)总结2021/12/10。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。（加正向电压的目的是放