高二物理光的粒子性精选文档.ppt
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1、高二物理光的粒子性本讲稿第一页,共五十三页17.2科学的转折:光的粒子性本讲稿第二页,共五十三页教学目标教学目标 知识与技能:知识与技能:1通过实验了解光电效应的实验规律。2知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3了解康普顿效应,了解光子的动量过程与方法:过程与方法:经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证物理规律。3、情感态度与价值观:、情感态度与价值观:领略自然界的奇妙与和谐,发展对科学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘,能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【重点难点重点难点】1、重点:、重点:光电效应的实验规律2、难点:、难点:爱因斯坦光电效应方程以及意
2、义本讲稿第三页,共五十三页问题问题1:回顾前面的学习,总结回顾前面的学习,总结人类对光的本性的认识的发展过人类对光的本性的认识的发展过程?程?本讲稿第四页,共五十三页用弧光灯照射擦得很亮的锌板,(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。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本讲稿第五页,共五十三页用弧光灯照射擦得很亮的锌板,用弧光灯照射擦得很亮的锌板,(注意用导线与不带电的注意用导线与不带电的验电器相连),验电器相连),使验电使验电 器张角增大到约为器张角增大到约为 30度
3、时,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。针张角会变大。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一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律本讲稿第六页,共五十三页1.1.什么是光电效应什么是光电效应 当光线照射在金属表面时,金属中有当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为电子逸出的现象,称为光电效应光电效应。逸逸出的电子称为出的电子称为光电子光电子。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律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 本讲稿第七页,共五
4、十三页一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律2.2.光电效应实验光电效应实验规律规律(1)存在饱和电流)存在饱和电流光照不变,增大光照不变,增大UAK,G表中电流达到表中电流达到某一值后不再增大,即达到饱和值。某一值后不再增大,即达到饱和值。因为光照条件一定时,因为光照条件一定时,K发射的电子发射的电子数目一定。数目一定。实验表明: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。数越多。阳极阳极阴极阴极本讲稿第八页,共五十三页: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+一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一
5、一一一 一一一一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。若若最大的初动能最大的初动能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一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC CEEUFKA本讲稿第九页,共五十三页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
6、流一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律兰光兰光Ub(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率阳极阳极阴极阴极本讲稿第十页,共五十三页实验表明实验表明:对于一定对于一定颜色颜色颜色颜色(频率频率频率频率)的光的光的光的光,无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止遏止电压是一样的电压是一样的.光的频率光的频率光的频率光的频率 改变改变是,是,遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC C光电子的光电子的最大初动能最大初动能只与只与入射光入射光的频率的频率有关,与入射光的
7、强弱有关,与入射光的强弱无关。无关。阳极阳极阴极阴极本讲稿第十一页,共五十三页经研究后发现:经研究后发现:一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律b.存在存在截止频率截止频率 c对于每种金属,都对于每种金属,都相应确定的截止频相应确定的截止频率率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时,电子才时,电子才能逸出金属表面;能逸出金属表面;当入射光频率当入射光频率 WW0 0 0 0时,才有光电子逸出,时,才有光电子逸出,就是光电效应的截就是光电效应的截止频率。止频率。电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能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。量的时间,
8、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。时产生的光电子多,因而饱和电流大。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设本讲稿第十八页,共五十三页由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效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,但当时并未被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。物理学家们广泛承认,因为它完全违背了光
9、的波动理论。4.4.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”实实验,结果在验,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。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设本讲稿第十九页,共五十三页爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效应光电效应的的理论解释和对理论解释和对理论物理学理论物理学的的贡献贡献获得获得1921年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究
10、基本电荷和光电效应光电效应,特别是通过著名,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。小单位。获得获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖。本讲稿第二十页,共五十三页思考与讨论思考与讨论课本P36本讲稿第二十一页,共五十三页放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控制,可以用于自动控制,可以用于自动控制,可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自自动计数、自动报警、自自动计数、自动报警、自自动计数、自动报警、自动跟踪等。动跟踪等。动跟踪等。动跟踪等。四四.光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用1.1.光控继电器光控继电器可对微弱光线进行放大
11、,可对微弱光线进行放大,可对微弱光线进行放大,可对微弱光线进行放大,可使光电流放大可使光电流放大可使光电流放大可使光电流放大10105108 8 倍,灵敏度高,倍,灵敏度高,用在工程、天文、科用在工程、天文、科研、军事等方面研、军事等方面。2.2.光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管本讲稿第二十二页,共五十三页应 用光电管光电源电流计IAK本讲稿第二十三页,共五十三页 康普顿效应康普顿效应第第2课时课时17.117.1科学的转折:科学的转折:光的粒子性光的粒子性本讲稿第二十四页,共五十三页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
12、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,其波长的改变量与散还有比入射线波长更长的射线,其波长的改变量与散射角射角有关,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。一一.康普顿效应康普顿效应本讲稿第二十五页,共五十三页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
13、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 一一.康普顿效应康普顿效应本讲稿第二十六页,共五十三页康普顿正在测晶体对康普顿正在测晶体对X 射线的散射射线的散射 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!一一.康普顿效应康普顿效应本讲稿第二十七页,共五十三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随散射角的增大而增大。大
14、。散射中出现散射中出现 0 的现象,的现象,称为称为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj.o(A)0.7000.750波长波长.0 一一.康普顿效应康普顿效应本讲稿第二十八页,共五十三页称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长 0与与 c可可比比拟拟时时,康康普普顿顿效效应应才才显显著著,因因此此要要用用X射射线线才才能能观观察察到到康康普普顿顿散散射射,用用可可见见光光观观察察不不到康普顿散射。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
15、 X射线的波长射线的波长 0 0 无关,无关,c=0.0241=2.41 10-3nm(实验值)(实验值)一一.康普顿效应康普顿效应本讲稿第二十九页,共五十三页1.1.经典电磁理论在解释康普顿效应时经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难遇到的困难二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 根据经典电磁波理论,当电磁波通过物质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受迫振动,时,物质中带电粒子将作受迫振动,其频率等其频率等于入射光频率于入射光频率,所以它所发射的,所以它所发射的散射光频率散射光频率应等应等于于入射光频率入射光频率。无法解释波长改变和散射角关系。无法解释
16、波长改变和散射角关系。本讲稿第三十页,共五十三页2.2.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二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,给电子,散射光子散射光子的能量减少,于是的能量减少,于是散射光散射光的波长的波长大于大于入射光入射光的波长。的波长。若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量,根据碰撞理论,质量,根据碰撞理论,碰撞前后光子能量几乎不碰撞前
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