原创：17.2 科学的转折：光的粒子性(讲授式)1.ppt

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1、一、光电效应现象一、光电效应现象 当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为象，称为光电效应光电效应。逸出的电子称为。逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形光电子定向移动形成的电流成的电流叫光电流叫光电流 二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（1 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表中电流达到某一值表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。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发射的电子数目一发射的电子数目一定。定。实验表明：实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单

2、位时间内发入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。射的光电子数越多。阳极阳极阴极阴极：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速度方向光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若相反，光电子作减速运动。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为遏止电压为遏止电压(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC CEE

3、UFKA二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律IUOU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Is饱饱和和电电流流黄光（黄光（强）强）黄光（黄光（弱）弱）兰光兰光Ub(2)存在存在遏止电压遏止电压二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验表明实验表明: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 改变，改变，遏止电压也会改变。遏止电压也会改变。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的频率有关，与入入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。射光的强弱无关。经研究后发现经研究后发现

4、：b.存在存在截止频率截止频率 c对于每种金属，都相应确定的截对于每种金属，都相应确定的截止频率止频率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时，电时，电子才能逸出金属表面；子才能逸出金属表面；当入射光频率当入射光频率 W0 0时，才有光电子逸出 光电效应的截止频率是：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。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。四四.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设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,荣获1921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

5、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“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”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思考与思考与讨论讨论:电子的动能很难直接测量，但电子的动能很难直接测量，但是截止电压容易得到，是截止电压容易得到，Uc与与 有什么关系有什么关系放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控制，自动计数、自动报警、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.光控继电器可对微弱光线

6、进行放大，可使光电流放大105108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、天文、科研、军事等方面科研、军事等方面。2.2.光电倍增管光电倍增管例1.铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。（1）求光电子的最大初动能。（2）求遏止电压。（3）求铝的截止频率。【解析】（1）根据爱因斯坦光电效应方程得：光电子的最大初动能为 =3.310-19J （2）根据动能定理遏止电压为：（3）当光电子逸出时的动能为零时，再减小照射光的频率便不能发生光电效应了，截止频率为：例2.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率v变化的Ekv图象，已知

7、钨的逸出功是328eV，锌的逸出功是334eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个Ekv图上，则下图中正确的是 ()A根据光电效应方程有：由此可知在的Ek-v图象中，斜率表示普朗克常数h，横轴截距大小表示该金属极限频率的大小，由题意可知锌的逸出功大于钨的逸出功，故由 可知锌的极限频率大于钨的极限频率1、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。紫光不是最亮的。紫光不是最亮的。一为光强一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，因为光的亮度由两个因素决定，二

8、为人眼的视觉灵敏度二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。随堂练习随堂练习2、在光电效应实验（1）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？（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。（2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。随堂练习随堂练习3.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，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A.锌板带正电，指针带

9、负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电B随堂练习随堂练习光电效应是从锌板中打出电子，锌板带正电。4.一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属产生光电效应的是()A.延长光照时间B.增大光束的强度C.换用红光照射D.换用紫光照射D随堂练习随堂练习应换用频率较高的光5.关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是()A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子C.光子的能量跟它的频率成正比D.光子客观并不存在，而是人为假设的B随堂练习随堂练习光不是实物粒子6.关于光电效应

10、下述说法中正确的是()A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B.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C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关D.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D随堂练习随堂练习光电子的最大初动能与强度无关光电效应的发生是瞬时的。饱和光电流与入射光的频率有关 康普顿效应第2课时1.1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射2.2.康普顿效应康普顿效应 1923年康普顿在做 X 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，还有比入射

11、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 和散射物质都无关。一一.康普顿效应康普顿效应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康普顿正在测晶体对X 射线的散射 按经典电磁理论：如果入射X光是某 种波长的电磁波，散射光的波长是 不会改变的！一一.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遇到的困难经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 根据

12、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，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。无法解释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给电子，散射若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。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，碰撞前后光子能量几乎

13、不变，波长不变。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。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.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；3.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”；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。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1925192519261926年，吴有训用银的年

14、，吴有训用银的X X射线射线(0 0=5.62nm)=5.62nm)为入射线为入射线,以以1515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，4.4.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,参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了重要贡献。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 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四四.光子的动量光子的动量动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的

15、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；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；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；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10-9秒.（3）光子说对光电效应的解释（2）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由动量守恒定律知,吸收了紫外线光子的O2 分子与光子原来运动方向相同6.紫外线光子的动量为 ,一个静止的O2 吸收了一个紫外线光子后 （）A.仍然静止B.沿着光子原来运动的方向运动C.沿光子运动相反方向运动D.可能向任何方向运动B随堂练习随堂练习