光的粒子性ppt课件.ppt
有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性 第2节 光的粒子性普朗克的能量子说普朗克的能量子说: 带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一带电微粒辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，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每一个能量子的能量 =hh为普朗克常量：为普朗克常量：h=6.62610-34Js上节提要：有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1717世纪明确形成了世纪明确形成了两大对立学说两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说1919世纪初证明了波世纪初证明了波动说的正确性动说的正确性由于波动说没有数由于波动说没有数学基础以及牛顿的学基础以及牛顿的威望使得微粒说一威望使得微粒说一直占上风直占上风1919世纪末光电效应现象使得爱因世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在斯坦在2020世纪初提出了光子说：世纪初提出了光子说：光具有粒子性光具有粒子性对光学的研究对光学的研究从很早就开始了从很早就开始了 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。圆屏衍射圆屏衍射圆孔衍射圆孔衍射钢针的衍射钢针的衍射增透膜增透膜薄膜干涉薄膜干涉镜面检测镜面检测光的干涉和衍射现象表明光确实是一种光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波波c=有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。爱因斯坦爱因斯坦康普顿康普顿光电效应以及光电效应以及康普顿效应等康普顿效应等无可辩驳的证无可辩驳的证实了光是一种实了光是一种粒子粒子有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性 重新提出“光的粒子性” 光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、光是电磁波，它能很好地解释光的干涉、衍射等现象，但是，光的电磁说并不能成功地衍射等现象，但是，光的电磁说并不能成功地说明光的所有现象。早在说明光的所有现象。早在18871887年赫兹在做电磁年赫兹在做电磁的实验时，就偶然发现了一个后来被称作的实验时，就偶然发现了一个后来被称作光电光电效应效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难法克服的困难. .光的本质是什么？光的本质是什么？有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 用弧光灯照射擦得很亮用弧光灯照射擦得很亮的锌板，的锌板，( (注意用导线与不注意用导线与不带电的验电器相连带电的验电器相连），使），使验电器张角增大到约为验电器张角增大到约为 30 30度时，再用与丝绸磨擦过度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大验电器的指针张角会变大。一、光电效应一、光电效应表明锌板在射线照射下失去电子而带正电有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。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 当光线照射在金属表面时，金属中当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为有电子逸出的现象，称为光电效应。光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。光照不变，增大光照不变，增大U UAKAK，G G表中电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到达到某一值后不再增大，即达到饱和值。饱和值。因因此此光照条件一定时，光照条件一定时，K K发射的发射的电子数目一定。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。VGAK阳极阳极阴极阴极有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。：使光电流减小到零的反向电压：使光电流减小到零的反向电压v加反向电压，如右图所示：加反向电压，如右图所示：光电子所受电场力方向与光电光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减子速度方向相反，光电子作减速运动。速运动。若若c221eUvmcecv速率最大的是U=0时，时，I0， 因为电子有初速度因为电子有初速度则I=0，式中U UC C为遏止电压2、存在、存在遏止电压遏止电压EEUFKA有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。I IIsUaOU黄光（黄光（ 强）强）黄光（黄光（ 弱）弱）光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流蓝蓝光光Ub2、存在、存在遏止电压遏止电压VGAK阳极阳极阴极阴极有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 实验表明实验表明: : 改变是，改变是，c221eUvmce2、存在、存在遏止电压遏止电压VGAK阳极阳极阴极阴极有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。经研究后发现：经研究后发现：3.存在存在截止频率截止频率 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 实验结果：即使入射光的实验结果：即使入射光的强度非常微弱，强度非常微弱，电流表指针也几乎是随着入射电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。光照射就立即偏转。 更精确的研究推知，光电子更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过发射所经过的时间不超过10109 9 秒（这个现象一般称作秒（这个现象一般称作“光电光电子的子的瞬时发射瞬时发射”）。）。4、具有瞬时性、具有瞬时性VGAK阳极阳极阴极阴极有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。：有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。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逸出功。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压压U UC C应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获不管光的频率如何，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。得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分如果光很弱，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，钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于这个时间远远大于1010 S S。-9实验表明实验表明: :对于一定颜色对于一定颜色( (频率频率) )的光的光, , 无论光的强弱如何无论光的强弱如何, ,遏止电压是一样的遏止电压是一样的. . 温度不高时，电子不能逸出，是由于受到温度不高时，电子不能逸出，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。出来，必须克服这个引力做功。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。光本身就是由一个个不可分割的光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为能量子组成的，频率为的光的的光的能量子为能量子为hh。这些能量子后来。这些能量子后来被称为被称为光子光子。h有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程：0WEhk0WhEk或光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸出功金属的逸出功 W0221cekvmE 一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量hh后，一部分能后，一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸出后电子的初动能出后电子的初动能E Ek k，即：，即：有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。3.3.光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释爱因斯坦方程表明，光电子的初动能爱因斯坦方程表明，光电子的初动能E Ek k与与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当有当hh 时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出， 就是光电效应的截止频率。就是光电效应的截止频率。hWc0电子一次性吸收光子的全部能量，不需要电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光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电效应的实验规律, ,荣获荣获19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。 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。波动理论。 美国物理学家密立根，花了十年时间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电光电效应效应”实验，结果在实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理理论的正确。论的正确。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。爱因斯坦由于对光电效爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论应的理论解释和对理论物理学的贡献获得物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得小单位。获得19231923年诺贝年诺贝尔物理学奖尔物理学奖。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时这时( )( )A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是应的是( )( )A.A.延长光照时间延长光照时间 B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射 D.D.换用紫光照射换用紫光照射D DB有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。3 3D有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。练习练习课本例题P36分析ceUWh0由上面讨论结果eWehUc0可得：eW0hW0cceKeUvm：E221因为遏止电压遏止电压Uc与光电子与光电子的最大初动能的最大初动能Ek有关有关Ek越大，越大， Uc越高；越高；Uc为零，为零，Ek为零，即没有光电子为零，即没有光电子所以与遏止电压所以与遏止电压U Uc c=0=0对应的频率应该是截止频率对应的频率应该是截止频率c c00ceUWh0WhC有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。由以上分析可知：由以上分析可知：根据数据作根据数据作Uc图象即可求得图象即可求得遏止电压遏止电压U Uc c=0=0对应的频率就是截止频率对应的频率就是截止频率c cU Ucc图象是一条斜率为图象是一条斜率为 的直线的直线eh有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。101eUWh202eUWh 当入射光频率分别为当入射光频率分别为1、2时，测出遏止电压时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得联立上两式，解得eUUh2121其中其中e为电子的电量，测出为电子的电量，测出U1与与U2就可测出普朗克就可测出普朗克常量常量有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用, ,因而传播方因而传播方向发生改变向发生改变, ,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射2.2.康普顿效应康普顿效应 19231923年康普顿在做年康普顿在做 x射线通过物质散射的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实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，的射线外，还有比入射线波长更长的射线还有比入射线波长更长的射线，其，其波长的改变量与散射角波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。和散射物质都无关。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 按经典电磁理论：按经典电磁理论： 如果入射如果入射X光是某光是某 种波长的电磁波，种波长的电磁波， 散射光的波长是散射光的波长是 不会改变的！不会改变的！有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。1.1.有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设； 2.2.首次在实验上证实了首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量”的假设；的假设；3.3.证实了证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和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。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混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只；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。考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。康康普普顿顿效效应应康康普普顿顿效效应应(1892-19621892-1962)美国物理学家美国物理学家有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。19251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的X射线射线( 0 =5.62nm) 为入射线为入射线, 以以15种轻重不同的元素为散射物质，种轻重不同的元素为散射物质，4.吴有训对研究康普顿效应的贡献吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了对证实康普顿效应作出了重要贡献。重要贡献。在同一散射角在同一散射角( )测量测量各种波长的散射光强度，作各种波长的散射光强度，作了大量了大量 X 射线散射实验。射线散射实验。0120 （1897-19771897-1977） 吴有训吴有训有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。2mcE hchcchmcP2hE 2chm动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的, ,频率和波长则是用来描述波的频率和波长则是用来描述波的. .
