光的粒子性课时.ppt

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1、光的粒子性课件课时现在学习的是第1页，共47页但在但在18871887年年赫兹在做电磁实验时，偶然发现赫兹在做电磁实验时，偶然发现了一个后来被称作了一个后来被称作光电效应光电效应的现象，这个现象的现象，这个现象使光的电磁说遇到了使光的电磁说遇到了无法无法克服的困难。克服的困难。光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振光是一种电磁波！光是一种电磁波！现在学习的是第2页，共47页2 2 科学的转折：科学的转折：光的粒子性光的粒子性现在学习的是第3页，共47页现在学习的是第4页，共47页现在学习的是第5页，共47页 光电子：光电子： 在光的照射下物体发在光的照射下物体发射出来的电子射出来的电

2、子1、是否、是否光照射到一切物体上光照射到一切物体上都会发生光电效应？都会发生光电效应？ 光电效应光电效应有何规律？有何规律？2、光照射到物体上为何会发生光电效应？、光照射到物体上为何会发生光电效应？ 什么条件下才能发生光电效应现象？什么条件下才能发生光电效应现象？一、光电效应：一、光电效应： 在光的照射下物在光的照射下物体发射电子的现象体发射电子的现象问题：问题：-e-e现在学习的是第6页，共47页uc1uc2黄光黄光（弱）（弱）黄光黄光（强）（强）蓝光蓝光ouI光电流与电压的关系光电流与电压的关系GVAKR阳极阳极阴极阴极单色光单色光-I研究光电效应的研究光电效应的规律规律光电子定向移动形

3、成的电流。光电子定向移动形成的电流。光电流：光电流：饱和光电流：饱和光电流：光电子全部定向移动形成的电流。光电子全部定向移动形成的电流。现在学习的是第7页，共47页规律一：规律一：光电效应存在饱和电流光电效应存在饱和电流入射光越强，饱和电流越大；入射光越强，饱和电流越大； 即单位时间内发射的光电子即单位时间内发射的光电子 数越多。数越多。阳极GVAKR阴极二、光电效应的基本规律二、光电效应的基本规律规律二：光电效应存在遏止电压规律二：光电效应存在遏止电压U Uc c，当反向电压大于等于当反向电压大于等于U Uc c时时光电流减小光电流减小到零。到零。实验表明实验表明: :对于对于一定颜色一定颜

4、色( (频率频率) )的光的光, , 无论光无论光 的强弱如何的强弱如何, ,遏止电压是一样遏止电压是一样的的. . -e-现在学习的是第8页，共47页 任何一种金属，都有一个任何一种金属，都有一个截止截止频率频率，入射，入射光的频率必须光的频率必须大于大于这个这个截止频率截止频率才能产生光电才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，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。也不能产生光电效应。 不同金属的截止频率不同。不同金属的截止频率不同。规律三：规律三：金属金属截止频率截止频率Hz10/1404.545 5.508.065 11.53铯铯 钠钠 锌锌 铱铱 铂

5、铂 19.29现在学习的是第9页，共47页规律四：光电效应具有瞬时性。规律四：光电效应具有瞬时性。实验结果：即使入射光的强度非常微弱，实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光只要入射光频率大于被照金属的极限频率，频率大于被照金属的极限频率，电流表指电流表指针几乎都是入射光照射时就立即偏转。针几乎都是入射光照射时就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发射所经过的更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过时间不超过10109 9 秒秒。现在学习的是第10页，共47页（1 1）任何一种金属，都有一个）任何一种金属，都有一个极限频率极限频率，入射，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应

6、光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应* *（2 2）光电子的）光电子的最大初动能最大初动能与入射光的强度无与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大关，只随入射光频率的增大而增大（3 3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬瞬时时的（的（ t t1010-9-9秒）秒）* *（4 4）当入射光频率大于极限频率时，）当入射光频率大于极限频率时，光电流的光电流的强度强度与入射光强度成正比与入射光强度成正比 现在学习的是第11页，共47页光电子的光电子的最大初动能最大初动能与入射与入射光的强度无关，只随入射光光的强度无关，只随入射光频率的增大而增

7、大频率的增大而增大入射光照到金属上时，光电子入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是的发射几乎是瞬时瞬时的（的（ t t1010-9-9秒）秒）入射光越强，单位时间内发入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。射的光电子数越多。光电效应规律光电效应规律经典理论的解释经典理论的解释任何一种金属，都有一个任何一种金属，都有一个极限频率极限频率，入射光频率必须大于这个极限频，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效率才能产生光电效当电子吸收的能量大于当电子吸收的能量大于逸出功逸出功时，入时，入射光越强，单位时间内逸出的光电射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多。子数越多。 光越强，光电子的初动能应

8、光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压该越大，所以遏止电压U UC C应应与光的强弱有关。与光的强弱有关。若光很弱，按经典电磁理论估算，电若光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间子需几分钟到十几分钟的时间 才能才能获得逸出表面所需的能量。获得逸出表面所需的能量。三、经典理论解释光电效应的疑难三、经典理论解释光电效应的疑难现在学习的是第12页，共47页第二课时第二课时现在学习的是第13页，共47页1 1、光子说、光子说： 在空间传播的光是不连续的，而是一份一在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量份的，每一份叫做一个光子。光子的能量E E跟

9、光跟光的频率的频率成正比成正比 E=hE=h0WhEk现在学习的是第14页，共47页0WhEkeV/W（1 1）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使表格内哪些）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使表格内哪些金属发生光电效应金属发生光电效应? ?（2 2）表中哪种金属最易发生光电效应）表中哪种金属最易发生光电效应? ?（3 3）为什么各种金属的极限频率不同）为什么各种金属的极限频率不同? ? WkE0WhEk现在学习的是第15页，共47页光电子的光电子的最大初动能最大初动能与入射与入射光的强度无关，只随入射光光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大频率的增大而增大入射光照到金属上时，光电子入射光照到

10、金属上时，光电子的发射几乎是的发射几乎是瞬时瞬时的（的（ t t1010-9-9秒）秒）入射光越强，单位时间内发入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。射的光电子数越多。光电效应规律光电效应规律光子理论的解释光子理论的解释任何一种金属，都有一个任何一种金属，都有一个极限频率极限频率，入射光频率必须大于这个极限，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效频率才能产生光电效3 3、爱因斯坦方程对光电效应的解释、爱因斯坦方程对光电效应的解释0WhEk光强越大，光子数目越多，即单光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，位时间内产生光电子数目越多，光电流光电流越大越大. . （ ）

11、0（由频率决定由频率决定）hW0产生光电效应条件产生光电效应条件（截止频率截止频率）一个光子携带的能量一个光子携带的能量 一次性一次性被一个电子吸收，若被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出，无需时间积累。电子立即逸出，无需时间积累。h0最大初动能最大初动能0WhEk现在学习的是第16页，共47页4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美国物理学家美国物理学家密立根密立根，花了，花了十年时间做了十年时间做了“光电效应光电效应”实验实验，结果在，结果在1915年证实了爱因斯坦年证实了爱因斯坦方程，方程，h 的值与理论值完全一致的值与理论值完全一致，又一次证明了，又一次证明了“光量子光量子”理理论的

12、正确。论的正确。 由于爱因斯坦提出的光子由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应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1921年诺贝年诺贝尔物理学奖。尔物理学奖。现在学习的是第17页，共47页 密立根的实验：测量金属的遏止电压密立根的实验：测量金属的遏止电压UC与入射与入射光频率光频率，由此算出普朗克常数，由此算出普朗克常数h h。UC/V0.5410.637 0.7140.809 0.878/10/101414HZHZ5.6445.888 6.0986.303 6.501作出作出UC-图象。图象。5.566.5754.54.00.20.40.60.81.0u/vv/10

13、14Hz证明：证明：现在学习的是第18页，共47页0.20.40.60.81.0u/v232.53.51.510.505.566.5754.54.0v/1014Hzu/v0.20.40.60.81.00.40.60.81.0求普朗克常数求普朗克常数h这种金属的截止频率这种金属的截止频率C CvcW0/e横轴截距：横轴截距：纵轴截距：纵轴截距：斜率：斜率：ceheW0现在学习的是第19页，共47页关键词辨析关键词辨析 光子的能量光子的能量 光的强度光的强度 光电子的最大初动能光电子的最大初动能 光电流的强度光电流的强度 现在学习的是第20页，共47页搞清两个概念搞清两个概念问问1 1：“光电子的

14、最大初动能大，光电子就跑得快；光电子跑得光电子的最大初动能大，光电子就跑得快；光电子跑得快，光电流就强快，光电流就强”。这话对不对？。这话对不对？ 答：不对。答：不对。“快快”与与“不快不快”不等同光电流强与不强。不等同光电流强与不强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还是不强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还是不强。电流的强弱，取决于单位时间里通过导体截电流的强弱，取决于单位时间里通过导体截面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电荷间面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电荷间的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与单个电子跑得的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与

15、单个电子跑得快不快的概念是不同的。快不快的概念是不同的。现在学习的是第21页，共47页问问2 2：“光的强度由光子数的多少决定光的强度由光子数的多少决定”你怎样理解这话的你怎样理解这话的含意？含意？答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对于频率已答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对于频率已经确定为经确定为的单色光，每个光子的能量为的单色光，每个光子的能量为E Ehh，如果每，如果每秒照射到垂直于光传播方向的单位面积上的光子数为秒照射到垂直于光传播方向的单位面积上的光子数为NN，则光的强度，则光的强度I IN hN h。式中。式中 与与 h h 都已确定，则都已确定，则 I I 仅由

16、仅由 NN决定。如果不是单色光，频率就不只一个，情况就决定。如果不是单色光，频率就不只一个，情况就复杂一些，光强需由光子数和频率共同决定。复杂一些，光强需由光子数和频率共同决定。现在学习的是第22页，共47页光电效应光电效应WhEk1 1 定义：定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象在光的照射下，物体表面发出电子的现象 叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。2 2 光电效应规律光电效应规律 一、光电效应一、光电效应二、光子说二、光子说1 1 内容：内容：在空间中传播的光也不是连续的，而是一份在空间中传播的光也不是连续的，而是一份 一份的，每一份叫做一个

17、光子一份的，每一份叫做一个光子2 2 光子能量光子能量（与频率成正比）（与频率成正比） 3 3 爱因斯坦光电效应方程：爱因斯坦光电效应方程：W W：逸出功逸出功( (电子逃离原子所需能量）电子逃离原子所需能量）E Ek k：光电子的动能光电子的动能hE 现在学习的是第23页，共47页解解 （1）2.76eVJ1042. 419hchE（2）eV48. 0eV)28. 276. 2(kWEE（3）nm518m1018. 57Ehc现在学习的是第24页，共47页现在学习的是第25页，共47页现在学习的是第26页，共47页第三课时第三课时现在学习的是第27页，共47页现在学习的是第28页，共47页现

18、在学习的是第29页，共47页ABD现在学习的是第30页，共47页现在学习的是第31页，共47页现在学习的是第32页，共47页3 3、 光在真空中的波长为光在真空中的波长为，速度为，速度为c c，普朗克常量，普朗克常量h h，现，现让光以入射角让光以入射角 1 1由真空射入水中，折射角为由真空射入水中，折射角为 2 2 ，则（，则（ ）A A 2 2 1 1 B B、光在水中的波长为光在水中的波长为C C、每个光子在水中的能量为、每个光子在水中的能量为 D D每个光子在水中能量为每个光子在水中能量为hc/hc/12sinsin 12sinsin ch现在学习的是第33页，共47页现在学习的是第3

19、4页，共47页康康普普顿顿效效应应康康普普顿顿效效应应A.H.Conpton康普顿康普顿(1892-1962)美国物理学家A.H.Conpton康普顿康普顿现在学习的是第35页，共47页光阑光阑X 射线管射线管 石墨体石墨体(散射物质散射物质)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,因而因而传播方向发生改变的现象传播方向发生改变的现象。现在学习的是第36页，共47页 1923年年康普顿康普顿在做在做 X 射线射线通过物质通过物质散射散射的实验时，发现散射的的实验时，发现散射的X射线中除有与入射波长射线中除有与入射波长0 0相同的成分外，还有相同的成分外，

20、还有波长大于波长大于0 0的成分，的成分，这个现象称为这个现象称为康普顿康普顿效应效应。 2、康普顿效应、康普顿效应3、经典电磁理论的困难、经典电磁理论的困难 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作质时，物质中带电粒子将作受迫振动受迫振动，其频，其频率等于入射光频率，所以它所发射的率等于入射光频率，所以它所发射的散射光散射光频率应等于入射光频率频率应等于入射光频率。现在学习的是第37页，共47页4 4、光子理论对康普顿效应的解释、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康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的子能量几乎不变，

21、波长不变。子能量几乎不变，波长不变。小于原子质量，根据碰撞理论，小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光碰撞前后光光子将与整个原子交换能量光子将与整个原子交换能量, ,由于光子质量远由于光子质量远. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，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。是散射光的波长大于入射光的波长。 部分能量传给电子部分能量传给电子, ,散射光子的能量减少，于散射光子的能量减少，于. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一若光子和外层电子相碰撞，光子有一结果，具体解释如下：结果，具体解释如下： 现在学习的是第38页，共47页5 5、康普顿散射实验的意义、康普顿散射实验

22、的意义（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）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，）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动量和能量守恒定律仍然是成立的。仍然是成立的。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39页，共47页6、光子的动量、光子的动量一定的质量一定的质量m与一定的能量与一定的能量E相对应：相对应：2Emc一个光子的能量：一个光子的能量：h光子的质量：光子的质量：2hmcm是相对论质

23、量，光子不能静下来，没有静止质量是相对论质量，光子不能静下来，没有静止质量现在学习的是第40页，共47页光子的动量：光子的动量：c又因为：又因为：hp所以：所以：2hhpmcccc c现在学习的是第41页，共47页光子的动量和光子能量的比较：光子的动量和光子能量的比较：hph 与与是描述粒子性的，是描述粒子性的， 、是描述波动性的，是描述波动性的， h h则是连接粒子和波动的桥梁则是连接粒子和波动的桥梁现在学习的是第42页，共47页 我国物理学家我国物理学家吴有训在与康普吴有训在与康普顿共同研顿共同研研究研究A.H.Conpton康普顿康普顿(1892-1962)美国物理学家美国物理学家现在学

24、习的是第43页，共47页2 2、存在着遏止电压和截止频率、存在着遏止电压和截止频率(1)(1)存在遏止电压存在遏止电压U :U :c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加反向电压，加反向电压，光电子所受电场力方向光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若作减速运动。若eUcvmce221cv速率最大的是最大的初动能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单色光单色光阳极阳极GVAKR阴极阴极现在学习的是第44页，共47页我们来看如图所示的实验：我们来看如图所示的实验：G G

25、V VA AK KR R单色光单色光实验表明实验表明: :对于一定颜色对于一定颜色( (频率频率) )的光的光, , 无无论光的强弱如何论光的强弱如何, ,遏止电压是一样的遏止电压是一样的. .当图中电流表当图中电流表G G 的读数为的读数为0 0时，伏时，伏特表特表V V的读数就是下式中的的读数就是下式中的“U Uc c”。阳极阳极阴极阴极eUcvmce221光电子的能量只与入射光的频率有关。光电子的能量只与入射光的频率有关。 现在学习的是第45页，共47页科学家曾做过类似于左图科学家曾做过类似于左图 的实验，的实验，他们用不同的单色光照射某种金属他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率

26、的光照射时能产生，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。射时产生光电效应。 任何一种金属，都有一个任何一种金属，都有一个截止频率率，入射光的频率必须，入射光的频率必须大于这个大于这个截止截止频率频率才能产生光电效应，低于这个频率的光，无才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。不同金属的截止频率不论光强怎样大，也不能产生光电效应。不同金属的截止频率不同。同。(2)(2)存在截止频率存在截止频率 : :c经研究后发现：经研究后发现：现在学习的是第46页，共47页3 3、效应具有瞬时性、效应具有瞬时性GVAKR单色光单色光实验结果：即使入射光的强度非实验结果：即使入射光的强度非常微弱，常微弱，只要入射光频率大于被只要入射光频率大于被照金属的极限频率，照金属的极限频率，电流表指针电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏也几乎是随着入射光照射就立即偏转。转。更精确的研究推知，光电子发射所更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过经过的时间不超过10109 9 秒秒（这个（这个现象一般称作现象一般称作“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光电效应在极短的时间内完成 现在学习的是第47页，共47页