2021-2022学年高二物理竞赛课件：光子、光的二象性(共14张PPT).pptx

《2021-2022学年高二物理竞赛课件：光子、光的二象性(共14张PPT).pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：光子、光的二象性(共14张PPT).pptx（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、光子、光的二象性一一.爱因斯坦的光量子论爱因斯坦的光量子论当普朗克还在寻找他的当普朗克还在寻找他的能量子能量子的经典理论的根的经典理论的根 源时，爱因斯坦却大大发展了源时，爱因斯坦却大大发展了能量子能量子的概念。的概念。普朗克把能量量子化的概念只局限于物体内振子普朗克把能量量子化的概念只局限于物体内振子的的发射或吸收发射或吸收上，并未涉及电磁辐射在空间的传播。上，并未涉及电磁辐射在空间的传播。相反，当时认为在相反，当时认为在空间传播的电磁辐射空间传播的电磁辐射，其，其能量仍是能量仍是连续分布连续分布的。这显然是的。这显然是不协调不协调的。的。爱因斯坦光量子假设（爱因斯坦光量子假设（190519

2、05年）年）爱因斯坦指出了上述不协调性。爱因斯坦指出了上述不协调性。19051905年提出了年提出了光量子假说：光量子假说：间某一小范围的间某一小范围的光量子（光子）光量子（光子）光量子（光子）光量子（光子）组成，组成，频率为频率为频率为频率为 的光的光的光的光的一个光子的一个光子的一个光子的一个光子的能量的能量的能量的能量为为为为 =h 光子、光的二象性光子、光的二象性电磁辐射由以光速运动的、局限于空电磁辐射由以光速运动的、局限于空波动理论所遇到的困难波动理论所遇到的困难 实验规律：实验规律：1.1.饱和电流；饱和电流；2.2.截止电压截止电压 3.3.红限频率红限频率 4.4.瞬时效应瞬时

3、效应 经典电磁理论：经典电磁理论：光波的光波的强度强度(能量能量)越大，越大，电子吸收电子吸收的能量越多，越能够达到阳极。的能量越多，越能够达到阳极。截止截止电压应与光强有关电压应与光强有关。光波的能量与振幅的平方成正比，光波的能量与振幅的平方成正比，与频率无关，电子吸收的能量也与频与频率无关，电子吸收的能量也与频率无关，因此率无关，因此不应该存在截止频率不应该存在截止频率；要打出电子只需克服逸出功。要打出电子只需克服逸出功。光波光波的能量分布在波面上，阴极里的电子的能量分布在波面上，阴极里的电子积累能量积累能量克服逸出功克服逸出功需要一段时间需要一段时间，光电效应不可能瞬时发生！光电效应不可

4、能瞬时发生！爱因斯坦光量子假设（爱因斯坦光量子假设（19051905年）年）光量子假说：光量子假说：电磁辐射由以光速运动的、局限于空间某一小范电磁辐射由以光速运动的、局限于空间某一小范围的围的光量子（光子）光量子（光子）光量子（光子）光量子（光子）组成，组成，频率为频率为频率为频率为 的光的一个光的光的一个光的光的一个光的光的一个光子子子子的能量的能量的能量的能量为为为为 =h(1)(1)光是由光子组成的光子流，光是由光子组成的光子流，每个光子以光每个光子以光速运动，光的能量集中于一颗颗的光子上。速运动，光的能量集中于一颗颗的光子上。(2)(2)光子的能量和其频率成正比光子的能量和其频率成正比

5、 光量子具有光量子具有“整体性整体性”光的发射、传播、吸收都是量子化的光的发射、传播、吸收都是量子化的(3)(3)光子具有光子具有“整体性整体性”一个光子只能一个光子只能“整个地整个地”被电子吸收或放出。被电子吸收或放出。解释：解释：二二.光子理论对光电效应的解释光子理论对光电效应的解释光强光强N N：光子数密度：光子数密度一束光就是以速率一束光就是以速率 c c 运动的一束光子流。运动的一束光子流。光照射到金属表面时，光照射到金属表面时，一个光子一个光子的能的能量可以立即被金属中的量可以立即被金属中的一个自由电子一个自由电子吸收吸收 但只有当入射光的频率足够高，以致每个但只有当入射光的频率足

6、够高，以致每个光子的能量光子的能量 h 足够大时，电子才有可能足够大时，电子才有可能克服克服逸出功逸出功 A A(work function (work function 电子逸出金属表电子逸出金属表面时克服阻力而做的功面时克服阻力而做的功)逸出金属表面。逸出金属表面。逸出的电子的逸出的电子的最大初动能最大初动能为为-爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程光强光强l光强光强I N 单位时间打出光电子多单位时间打出光电子多Im l光子打出光电子光子打出光电子是瞬时发生的是瞬时发生的l在确定的光强下，在确定的光强下，能够打出的最大电子数能够打出的最大电子数就是就是 N N 存在存在饱和电流饱和电

7、流Im红限红限l 截止电压或光电子的最大初动能与频率截止电压或光电子的最大初动能与频率成正比成正比,与光强无关。与光强无关。lh A 时才能产生光电效应，时才能产生光电效应，所以存在：所以存在：不发生光电效应，不发生光电效应，当当 A/h 时，时，光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！光量子假设解释了光电效应的全部实验规律！但是光量子理论在当时并未被物理学界接受，但是光量子理论在当时并未被物理学界接受，普朗克在推荐爱因斯坦为柏林科学院院士时说普朗克在推荐爱因斯坦为柏林科学院院士时说 “光量子假设可能是走得太远了。光量子假设可能是走得太远了。”光电效应的研究历经三十年，有三人荣获光电效应的研究

8、历经三十年，有三人荣获诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖莱纳德莱纳德 发现现象发现现象 1905年年爱因斯坦爱因斯坦 理论解释理论解释 1921年年密立根密立根 实验证实实验证实 1923年年爱因斯坦爱因斯坦由于对由于对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献，的贡献，获得获得19211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖1879 19551879 1955密立根密立根由于研究由于研究基本电荷基本电荷和和光电效应光电效应，特别是通过，特别是通过著名的油滴实验，证明电著名的油滴实验，证明电荷有最小单位，荷有最小单位，获得获得19231923年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖1

9、868 19531868 1953光的波粒二象性光的波粒二象性1.近代关于光的本性的认识近代关于光的本性的认识光既具有波动性，又具有粒子性，即光光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有具有波粒二象性波粒二象性。波动性波动性：光是电磁波，有干涉、衍射现光是电磁波，有干涉、衍射现象象粒子性粒子性：光是光子流，光子具有粒子的光是光子流，光子具有粒子的 一切属性一切属性-质量、能量、动量。质量、能量、动量。有些情况下有些情况下(传播过程中，能量小传播过程中，能量小)波动性突出波动性突出有些情况下有些情况下(和物质相互作用时，能量、动量大和物质相互作用时，能量、动量大)粒子性突出粒子性突出 2.基本关系式

10、基本关系式粒子性描述：粒子性描述：能量能量E 动量动量P 质量质量m 波动性的描述：波动性的描述：波长波长 频率频率 式中式中波矢量波矢量光作为电磁波是弥散在空间而连续的光作为电磁波是弥散在空间而连续的;光作为粒子在空间中是集中而分立的光作为粒子在空间中是集中而分立的.m=h c2光子质量光子质量 静质量静质量m0=0 动质量动质量 光子能量光子能量 光子动量光子动量 统一于统一于概率波概率波理论理论光子在某处出现的光子在某处出现的概率概率由光在该处的由光在该处的强度强度决定决定，光子是分立的，光强分布可以是连续的。光子是分立的，光强分布可以是连续的。利用光电效应可以制成光电管、光电二利用光电

11、效应可以制成光电管、光电二极管、光电倍增管、光电摄像管、光敏电阻、极管、光电倍增管、光电摄像管、光敏电阻、光电池等光电池等光电元器件光电元器件，它们广泛应用于，它们广泛应用于自动自动控制和电影、电视及其它等领域控制和电影、电视及其它等领域。对于光的本质的认识和量子论的发展曾对于光的本质的认识和量子论的发展曾起起过重要的作用。过重要的作用。分析光电效应所产生的分析光电效应所产生的光电子能谱光电子能谱，已经，已经成为一种有效的表面分析手段。成为一种有效的表面分析手段。光电效应的意义光电效应的意义 例例 在某金属的光电效应实验中，测得如图所示曲在某金属的光电效应实验中，测得如图所示曲线，则该金属的红限频率线，则该金属的红限频率 0 0=Hz Hz，逸出功，逸出功A=A=eV.eV.U Uc c (V)(V)(10(101414Hz)Hz)5 50 0-2-2解：解：由图：由图：0 0=5=5 10101414 Hz Hz