2 光的粒子性.ppt

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1、第四章第四章 波粒二象性波粒二象性2 2、光电效应与光的量子说、光电效应与光的量子说3 3、光的波粒二象性、光的波粒二象性定义：定义：当光当光(包括不可见光包括不可见光)的照射金属表面时，金属的照射金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫做中有电子逸出的现象叫做光电效应光电效应。逸出的电子叫做逸出的电子叫做光电子光电子一一.光电效应光电效应二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律阳极阳极阴极阴极(1)存在存在截止频率及瞬时性截止频率及瞬时性当入射光频率当入射光频率 c 时，电子才能逸出金时，电子才能逸出金属表面；属表面；当入射光频率当入射光频率当入射光频率当入射光频率 c c时，时，时，时，无论

2、光强多弱，光电子总无论光强多弱，光电子总无论光强多弱，光电子总无论光强多弱，光电子总是立刻发射出来。是立刻发射出来。是立刻发射出来。是立刻发射出来。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律阳极阳极阴极阴极（3）光电子的动能与入射光的频率关系光电子的动能与入射光的频率关系实验表明：实验表明：光电子的最大初动能与入光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。射光的频率成线性关系。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律阳极阳极阴极阴极（2）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表中电流达到某一值后不表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。再增大，即达到饱和值。实验

3、表明：实验表明：入射光越强，饱和电流越入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光大，单位时间内发射的光电子数越多。电子数越多。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。不存在截止频率不存在截止频率二二.经典电磁学经典电磁学解释解释光电效应的疑难光电效应的疑难(1)存在存在截止频率问题截止频率问题（3）存在饱和电流）存在饱和电流(2)瞬时性问题瞬时性问题1.1.光子：光子：光本身就是由一个个不可分割的能光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为量子组成的，频率为的光的能量的光的能量子为子为h。这些能量子后来被称为。这些能量子后来被称为光子光子。爱

4、因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程或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，一部分能后，一部分能量用来克服金属的量用来克服金属的逸出功逸出功WW0 0，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸出后电子的初动能出后电子的初动能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3.3.光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设(1)存在存在截止频率及瞬时性截止频率及瞬时性阳极阳

5、极阴极阴极（2）存在饱和电流）存在饱和电流（3）光电子的动能光电子的动能与入射光的频率关系与入射光的频率关系 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当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。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“光电效光电效应应”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 的的值与理论值完全一致，又一次证明了值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子

6、光量子”理论理论的正确。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爱因斯坦由于爱因斯坦由于对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1921年诺贝尔物理学奖年诺贝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年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖。四四.康普顿效应康普顿效应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,因而传播方因而传播方向发生改变向发生改变,这种现

7、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，还有比入射线波长更长的射线，其的射线外，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。四四.康普顿效应康普顿效应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五五.经典电磁学经典电磁学解释解释康普顿效应的疑难康普顿效应的疑难 频率改

8、变问题；频率改变问题；波长改变和散射角关系。波长改变和散射角关系。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若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，量传给电子，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，根据碰撞理论，子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。乎不变，

9、波长不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，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。所以波长改变和散射角有关。五五.经典电磁学经典电磁学解释解释康普顿效应的疑难康普顿效应的疑难 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。能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

10、为散射光频他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来；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。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。六六.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义动量、能量是描述粒子的动量、能量是描述粒子的,频率、波长则是用来描述波的频率、波长则是用来描述波的能量能量光电效应；光电效应；动量动量康普顿效应康普顿效应七七.光的波粒二象性光的波粒二象性减弱光源，直到只剩下一个光子减弱光源，直到只剩下一个光子图图4-

11、3-3 4-3-3 光的双缝干涉光的双缝干涉短短长长曝曝光光时时间间结论结论1 1、图图片片呈呈现现杂杂乱乱无无章章的的几几个个亮亮点点清清晰晰的的显显示示了了光光的的粒子性粒子性2 2、亮点在感光片上、亮点在感光片上形成形成模糊的亮纹模糊的亮纹，形成了干涉，形成了干涉条纹。说明了条纹。说明了波动性是波动性是每一个光子的属性。每一个光子的属性。并且每一次光子落在亮并且每一次光子落在亮条纹的概率大，落在暗条纹的概率大，落在暗条纹处的概率小。条纹处的概率小。光是一种概率波光是一种概率波1672牛顿牛顿牛顿牛顿微粒说微粒说微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯波动说波动说波动说波动说1690麦

12、克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒粒粒子子子子性性性性1801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验1814菲涅耳菲涅耳衍射实验衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验1888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应牛顿微粒说牛顿微粒说占主导地位占主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理.光的本性光的本性（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二、爱因斯坦的光电效应方程二、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：）光子：一、光电效应

13、一、光电效应三、康普顿效应三、康普顿效应四、波粒二象性四、波粒二象性（1）少量光子表现为粒子性）少量光子表现为粒子性（2）大量光子表现为波动性）大量光子表现为波动性1.1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时这时()()A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负

14、电，指针带负电锌板带负电，指针带负电练习练习2.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是属产生光电效应的是()()A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射D.D.换用紫光照射换用紫光照射练习练习3.3.能引起人的视觉感应的最小能量为能引起人的视觉感应的最小能量为1010-18-18J J，已知可见光的平均波长约为已知可见光的平均波长约为0.60.6 m m，则进入人，则进入人眼的光子数至少为眼的光子数至少为 个，恰能引起人

15、眼的感个，恰能引起人眼的感觉觉.练习练习4.4.关于光电效应下述说法中正确的是关于光电效应下述说法中正确的是()()A.A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大而增大B.B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应就一定能产生光电效应C.C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关的频率无关D.D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应频率的光不能发生光电效应练习练习练习练习6、在光

16、电效应实验中、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？）如果入射光强度增加，将产生什么结果？（2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？）如果入射光频率增加，将产生什么结果？7、用波长为、用波长为的单色光照射某金属逸出光电子的最大的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能为用波长为初动能为用波长为2的单色光照射该金属逸出电子的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的的最大初动能的n倍倍,则能使该金属发生光电效应的最则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少大波长是多少?9、波长为、波长为0.17m的紫外线照射至金属筒上能使其发射光的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子，光电子在磁感

17、强度为电子，光电子在磁感强度为B的匀强磁场中，做最大半径为的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动时，已知的匀速圆周运动时，已知 rB=5.610-6Tm，光电子质量，光电子质量m=9.110-31Kg，电量，电量e=1.610-19C，求：，求：(1)每个光电子的最大初动能；每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功金属筒的逸出功10、康康普普顿顿效效应应证证实实了了光光子子不不仅仅具具有有能能量量，也也有有动动量量.图图给给出出了了光光子子与与静静止止电电子子碰碰撞撞后后，电电子子的的运运动动方方向向，则则碰碰撞撞后后光光子子可可能能沿沿方方向向_运运动动，并并且且波波长长_(填填“不变不变”“”“变短变短”或或“变长变长”).