光的粒子性新课优秀课件.ppt

《光的粒子性新课优秀课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的粒子性新课优秀课件.ppt（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光的粒子性新课第1页，本讲稿共30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锌磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角板，则验电器的指针张角会变大。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第2页，本讲稿共30页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表中电流达表

2、中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。到某一值后不再增大，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：对于一定对于一定颜色颜色的光，入射光的光，入射光越越强强，饱和电流，饱和电流越越大，单位时间大，单位时间内发射的光电子数内发射的光电子数越多越多。阳极阳极阴极阴极第3页，本讲稿共30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光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光

3、电子作减速运速度方向相反，光电子作减速运动。若动。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(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UC CEEUFKA第4页，本讲稿共30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一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律蓝光蓝光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

4、，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。第5页，本讲稿共30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，只要入射光频率大于被照金只要入射光频率大于被照金只要入射光频率大于被照金只要入射光频率大于被照金属的极限频率属的极限频率属的极限频率属的极限频率，电流表指针也几乎电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。是随着入射光照射就立即偏转。更精确的研究推知，光电子发射更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过所经过的时间不超过10109 9 秒秒（这（这个现象一般称作个现象一般称作“光电子的瞬时光电子的瞬时发射发射

5、”）。）。光电效应在极短的时间内完成 一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(3)具有瞬时性具有瞬时性阳极阳极阴极阴极第6页，本讲稿共30页勒纳德等人通过实验得出以下结论勒纳德等人通过实验得出以下结论：对于任何一种金属，都有一个极限频率，入对于任何一种金属，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；光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；当入射光的频率大于极限频率时，入射光越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；强，饱和电流越大；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只光

6、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；随着入射光的频率增大而增大；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过是瞬时的，一般不超过10-9秒秒.一一.光电效应的实验规律总结光电效应的实验规律总结第7页，本讲稿共30页 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法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。用经典的波动理论来解释光电效应。逸出功逸出功W0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

7、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，电子都可获得足够能不管光的频率如何，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。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，这个时间远远大于个时间远远大于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,无无论光的强弱

8、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.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金温度不很高时，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，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。必须克服这个引力做功。二二.光电效应解释中的疑难光电效应解释中的疑难 第8页，本讲稿共30页1.1.光子：光子：光本身就是由一个个不可分割光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的能量子组成的，频率为的光的光的能量子为的能量子为h。这些能量子后。这些能量子后来被称为来被称为光子光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说爱因斯坦从普朗克的能量子

9、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：三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第9页，本讲稿共30页2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程1.1.1.1.光子光子光子光子：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 W0一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，一部分能量用后，一部分能量用来克服金属的逸出功来克服金属的逸出功WW0 0，剩下的表现为逸出后电子，剩下的表现为逸出后电子的初动能的初动能Ek，即：，即：三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第10页，本讲稿共30页3.3.光子说对光电效应的解释

10、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 WW0 0 0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出，就是光电效应就是光电效应的截止频率。的截止频率。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，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。产生的光电子多，因而饱和电流大

11、。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第11页，本讲稿共30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。被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4.4.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”实验，结果在实验，结果

12、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第12页，本讲稿共30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理论物理学学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝年诺贝尔物理学奖尔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年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖理

13、学奖。第13页，本讲稿共30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、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。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1.1.1.1.光控继电器光控继电器光控继电器光控继电器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10105 510108 8 倍，灵敏度高，倍，灵敏度高，倍，灵敏度高，倍，灵敏度

14、高，用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、军事等方面军事等方面军事等方面军事等方面。2.2.2.2.光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管第14页，本讲稿共30页应 用光电管光电源电流计IAK第15页，本讲稿共30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第16页，本讲稿共30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

15、康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，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，还有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射角比入射线波长更长的射线，其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。一一.康普顿效应康普顿效应第17页，本讲稿共30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 一一.康普顿效应康普顿效应第18页

16、，本讲稿共30页康普顿正在测晶体对康普顿正在测晶体对X 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第19页，本讲稿共30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 随散射角的增大而随散射角的增大而增大。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=0Oj=45Oj

17、=90Oj=135Oj.o（A）0.7000.750波长波长.0 一一.康普顿效应康普顿效应第20页，本讲稿共30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，c=0.0241=2.41 10-3nm（实验值）（实验值）一一.康普顿效应

18、康普顿效应第21页，本讲稿共30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，当电磁波通过物质时，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，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射其频率等于入射光频率光频率，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于应等于入射入射光频率光频率。无法解释波长改变和散射角关系。无法解释波长改变和散射角关系。第22页，本讲稿共30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

19、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给电若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，子，子，子，散射光子散射光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大于的波长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，光子将与整个若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个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质量，根据碰原子交换能量

20、，由于光子质量远小于原子质量，根据碰原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，撞理论，撞理论，撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。长改变和散射角有关。第23页，本讲稿共30页1.1.有力

21、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。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

22、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。三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义第24页，本讲稿共30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第25页，本讲稿共30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

23、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。（1897-19771897-1977）吴有训吴有训三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义第26页，本讲稿共30页四四.光子的动量光子的动量第27页，本讲稿共30页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第28页，本讲稿共30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小结小结1.光电效应现象光电效应现

24、象2.光电效应实验规律光电效应实验规律 对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频对于任何一种金属，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，低于这率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这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；个频率就不能发生光电效应；个频率就不能发生光电效应；个频率就不能发生光电效应；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光当入射光的频率大于极限频率时，

25、光电流的强度与入射光当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比；的强度成正比；的强度成正比；的强度成正比；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；频率增大而增大；频率增大而增大；频率增大而增大；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过超过超过超过1010-9-9秒秒秒秒.第29页，本讲稿共30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第30页，本讲稿共30页