光的粒子性新课课件.ppt

关于光的粒子性新课现在学习的是第1页，共31页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，( (注意用导线与注意用导线与不带电的验电器相连不带电的验电器相连），），使验电器张角增大到约使验电器张角增大到约为为 3030度时，再用与丝绸度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针锌板，则验电器的指针张角会变大。张角会变大。一、光电效应现象一、光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电表明锌板在射线照射下失去电子而带正电现在学习的是第2页，共31页光照不变，增大光照不变，增大UAK，G表中电流达表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和到某一值后不再增大，即达到饱和值。值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K发射的电发射的电子数目一定。子数目一定。实验表明：实验表明：对于一定对于一定颜色颜色的光，入射光的光，入射光越强越强，饱和电流饱和电流越越大，单位时间内发射大，单位时间内发射的光电子数的光电子数越多越多。VGAK阳极阳极阴极阴极现在学习的是第3页，共31页：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子速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。度方向相反，光电子作减速运动。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则I=0，式中，式中UC为为遏止电压遏止电压(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率存在存在遏止电压遏止电压EEUFKA现在学习的是第4页，共31页IIsUaOU黄光（黄光（ 强）强）黄光（黄光（ 弱）弱）光电流与电压的关系光电流与电压的关系遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流蓝光蓝光Ub(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光强如可，遏止电压都是一样的，光的频率改变时，遏止电压也会变。这表明，光电子的能量只与入射光的颜色（频率）有关，而与入射光的强弱无关。现在学习的是第5页，共31页实验结果：即使入射光的强度非常实验结果：即使入射光的强度非常微弱，微弱，电流表指针也几电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。乎是随着入射光照射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发射所经更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过过的时间不超过10109 9 秒秒（这个现象（这个现象一般称作一般称作“光电子的瞬时发射光电子的瞬时发射”）。）。光电效应在极短的时间内完成 (3)具有瞬时性具有瞬时性VGAK阳极阳极阴极阴极现在学习的是第6页，共31页： 现在学习的是第7页，共31页 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无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。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，所以遏止电压光越强，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。应与光的强弱有关。不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足不管光的频率如何，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。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，电子需几分钟到十如果光很弱，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，这个时间远远大于远大于10 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, 无论无论光的强弱如何光的强弱如何,遏止电压是一样的遏止电压是一样的.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属温度不很高时，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。克服这个引力做功。现在学习的是第8页，共31页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，频率为的光的能的光的能量子为量子为h。这些能量子后来被。这些能量子后来被称为称为光子光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说hE 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：发，他提出：现在学习的是第9页，共31页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h后，一部分能量用来后，一部分能量用来克服金属的逸出功克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的初，剩下的表现为逸出后电子的初动能动能Ek，即：，即：现在学习的是第10页，共31页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与入射与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当光的频率成线性关系，与光强无关。只有当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就是光电效应的截止频率。率。hWc0电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累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生的。能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生光强较大时，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。的光电子多，因而饱和电流大。现在学习的是第11页，共31页由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应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，但当时并未被物理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。学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。 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“光电效应光电效应”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 的值与理论值的值与理论值完全一致，又一次证明了完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理论的正确。理论的正确。现在学习的是第12页，共31页爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效应光电效应的理论解释和对的理论解释和对理论物理学理论物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光光电效应电效应，特别是通过著名的油，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单滴实验，证明电荷有最小单位。位。获得获得19231923年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖奖。现在学习的是第13页，共31页放大器放大器控制机构控制机构K1K2K3K4K5KA。现在学习的是第14页，共31页应 用 光电管光电源电流计IAK现在学习的是第15页，共31页 康普顿效应康普顿效应第第2课时课时现在学习的是第16页，共31页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,因而传播方向发因而传播方向发生改变生改变,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 1923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验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，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，其波长的改变量与还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角散射角有关，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。现在学习的是第17页，共31页3.3.康普顿散射的实验装置与规律：康普顿散射的实验装置与规律：晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长 现在学习的是第18页，共31页 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！现在学习的是第19页，共31页康普顿散射曲线的特点：康普顿散射曲线的特点： a.除原波长除原波长 0外出现了移向长波外出现了移向长波方向的新的散射波长方向的新的散射波长 。 b.新波长新波长 随散射角的增大而增大。随散射角的增大而增大。 散射中出现散射中出现 0 的现象，称的现象，称为为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为波长的偏移为0 =0Oj=45Oj=90Oj=135Oj. . . . . . . . . .o（A）0.7000.750波长波长. . 0 现在学习的是第20页，共31页称为电子的称为电子的Compton波长波长)cos1 ( c只有当入射波长只有当入射波长 0与与 c可比拟时，康普顿效应才显著，可比拟时，康普顿效应才显著，因因此要用此要用X射线才能观察到射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角 有关，有关，而与散射物质而与散射物质种类及入射的种类及入射的X X射线的波长射线的波长 0 0 无关，无关，0 c = 0.0241=2.41 10-3nm（实验值）（实验值）现在学习的是第21页，共31页现在学习的是第22页，共31页 现在学习的是第23页，共31页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，动量和能量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。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。现在学习的是第24页，共31页康康普普顿顿效效应应康康普普顿顿效效应应康普顿康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家美国物理学家现在学习的是第25页，共31页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） 吴有训吴有训现在学习的是第26页，共31页2mcE hchcchmcP2hE 2chm现在学习的是第27页，共31页hE hP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现在学习的是第28页，共31页光的粒子性光的粒子性一、光电效应的基本规律一、光电效应的基本规律1.光电效应现象光电效应现象2.光电效应实验规律光电效应实验规律 现在学习的是第29页，共31页（3 3）光子说对光电效应的解释）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程）爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光子：）光子：二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难现在学习的是第30页，共31页感谢大家观看感谢大家观看9/4/2022现在学习的是第31页，共31页