2、光的粒子性解析.ppt

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1、第一课时、光电效应第一课时、光电效应第一课时、光电效应第一课时、光电效应2 2、光的粒子性、光的粒子性一、光电效应一、光电效应 物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。射出来的电子叫光电子。射出来的电子叫光电子。射出来的电子叫光电子。1 1 1 1、光电效应光电效应光电效应光电效应:2 2 2 2、光电管、光电管、光电管、光电管:利用光电效应制成的一利用光电效应制成的一利用光电效应制成的一利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把种光学

2、元件，它的作用是把种光学元件，它的作用是把种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号光信号转变为电信号光信号转变为电信号光信号转变为电信号二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律实验装置实验装置实验装置实验装置二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律二、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，增大光照不变，增大光照不变，增大U U U UAKAKAKAK，G G G G表中电流达表中电流达表中电流达表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱到某一值后不再增大，即达到饱到某一值后不再增大，即达到饱到某一值后不再增大，即达到饱和值。和

3、值。和值。和值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K K K K发射的电发射的电发射的电发射的电子数目一定。子数目一定。子数目一定。子数目一定。实验表明：实验表明：在光的颜色不变的情况下，入射在光的颜色不变的情况下，入射在光的颜色不变的情况下，入射在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单位时光越强，饱和电流越大，单位时光越强，饱和电流越大，单位时光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。间内发射的光电子数越多。间内发射的光电子数越多。间内发射的光电子数越多。阳极阳极阴极阴极二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律(2)(2

4、)存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律实验表明实验表明实验表明实验表明:对于一定颜色对于一定颜色对于一定颜色对于一定颜色(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无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止遏止遏止遏止电压是一样的电压是一样的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 改改改改变时，遏止电压也会改变。变时，遏止电压也会改变。变时，遏止电压也会改变。变时，遏止电压也会改变。a.a.存在遏止电压存在遏止电压UC光电子的光电子的最大初动能最大初动能只与只与入射入射光的频率光的频率有关，与入射光的

5、强有关，与入射光的强弱无关。弱无关。阳极阳极阴极阴极(2)(2)存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律阳极阳极阴极阴极b.b.对于每种金属，都相对于每种金属，都相应确定的应确定的截止频率截止频率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时，时，电子才能逸出金属面；电子才能逸出金属面；(2)(2)存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律(3)(3)具有瞬时性具有瞬时性阳极阳极阴极阴极只要入射光频率大于被照金属只要入射光频率大于被照金属只要入射光频率大于被照金属只要入射光频率大于被照金属的极限频率，的极限频

6、率，的极限频率，的极限频率，电流表指针就立电流表指针就立电流表指针就立电流表指针就立即偏转。即偏转。即偏转。即偏转。光电子发射所经过的时间不超光电子发射所经过的时间不超光电子发射所经过的时间不超光电子发射所经过的时间不超过过过过101010109 9 9 9 秒秒秒秒光电效应在极短的时间内完成光电效应在极短的时间内完成 二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律光电效应的规律光电效应的规律1 1 1 1、任何一种金属，都存在极限频率、任何一种金属，都存在极限频率、任何一种金属，都存在极限频率、任何一种金属，都存在极限频率0，只有当只有当只有当只有当入射光入射光入射光入射光 0 ，才能发生光电

7、效应，才能发生光电效应，才能发生光电效应，才能发生光电效应 2 2 2 2、光电流随入射光强度的增大而增大、光电流随入射光强度的增大而增大、光电流随入射光强度的增大而增大、光电流随入射光强度的增大而增大3 3 3 3、光电子的最大初动能、光电子的最大初动能、光电子的最大初动能、光电子的最大初动能E Ek k与入射光强度无关，与入射光强度无关，与入射光强度无关，与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大只随入射光频率的增大而增大只随入射光频率的增大而增大只随入射光频率的增大而增大 4 4 4 4、光电效应的发生几乎是瞬时的、光电效应的发生几乎是瞬时的、光电效应的发生几乎是瞬时的、光电效应的发生

8、几乎是瞬时的,t10t10t10tW0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。就是光电效应的截止频率。电子一次性吸收光子的全部能量，不需要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积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，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由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明

9、了光电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效应的实验规律效应的实验规律效应的实验规律,荣获荣获荣获荣获1921192119211921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖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，但当时并爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并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未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动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。理论。

10、理论。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“光电光电光电光电效应效应效应效应”实验，结果在实验，结果在实验，结果在实验，结果在19151915年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h h h h 的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子光量子光量子”理理理理论的正确。论的正确。论

11、的正确。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、光电效应在近代技术中的应用四、光电效应在近代技术中的应用放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控可以用于自动控可以用于自动控可以用于自动控制，自动计数、自动制

12、，自动计数、自动制，自动计数、自动制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。报警、自动跟踪等。报警、自动跟踪等。报警、自动跟踪等。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可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放大，可使光电流放大大，可使光电流放大大，可使光电流放大大，可使光电流放大101010105 5 5 5101010108 8 8 8 倍，灵敏度倍，灵敏度倍，灵敏度倍，灵敏度高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、科研、军事等方面科研、军事等方面科研、军事等方面科研、军事等方面。2.2.2.2.光电倍增管光

13、电倍增管光电倍增管光电倍增管典例精讲典例精讲例题：由密立根实验例题：由密立根实验例题：由密立根实验例题：由密立根实验(U U U Uc c c c和和和和v v v v的关系的关系的关系的关系)计算普朗克常量计算普朗克常量计算普朗克常量计算普朗克常量很难测很难测Ek，怎样改，怎样改成成Uc与与v、W0关系？关系？提示：提示：Ek=eUc 由图象求参数的方法：由图象求参数的方法：由图象求参数的方法：由图象求参数的方法：电源电动势和内阻电源电动势和内阻电源电动势和内阻电源电动势和内阻（直接求参数）（直接求参数）（直接求参数）（直接求参数）（用图象求平均值）（用图象求平均值）（用图象求平均值）（用图

14、象求平均值）随堂演练随堂演练第第第第2 2 2 2课时、康普顿散射课时、康普顿散射课时、康普顿散射课时、康普顿散射2 2、光的粒子性、光的粒子性一、康普顿效应一、康普顿效应1.1.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,因而传因而传播方向发生改变播方向发生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射2.2.2.2.康普顿效应康普顿效应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射线通过物质散射的实验时，发现：验时，发现：散射线中除有与入射线波长相同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

15、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。一、康普顿效应一、康普顿效应康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体对对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光是某种光是某种波长的电磁波，散射光波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！的波长是不会改变的！二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 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

16、，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，其频率其频率等于入射光频率等于入射光频率，所以它所发射的，所以它所发射的散射光频散射光频率率应等于应等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，光子有一部分能量若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，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的波长大于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，光子将若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整

17、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碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。不变，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。二二.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义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

18、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，在他早期的几篇论文康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文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中，一直认为散射光频率的改变是由于中，一直认为散射光频率的改变是由于中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种混进来了某种混进来了某种混进来了某种荧光辐射荧光辐射荧光辐射荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认；在计算中起先只考虑能量守恒

19、，后来才认；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认；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。识到还要用动量守恒。识到还要用动量守恒。识到还要用动量守恒。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三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义三三.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义1925192619251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的年，吴有训用银的年，吴有训用银的X X X X射线射线射线射线(0 0=5.62nm=5.62nm)为入射线为入射线为入射线为入射线,

20、以以以以15151515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，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19231923年年年年,参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作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对证实康普顿效应作出了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。重要贡献。重要贡献。在同一散射角在同一散射角在同一散射角在同一散射角()测量测量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，作各种波长

21、的散射光强度，作各种波长的散射光强度，作了大量了大量了大量了大量 X X 射线散射实验。射线散射实验。射线散射实验。射线散射实验。（1897-19771897-1977）吴有训吴有训吴有训吴有训四四.光子的动量光子的动量光子的动量光子的动量动量和能量是描述动量和能量是描述粒子粒子的的,频率和波长是用来描述频率和波长是用来描述波波的的四四.光子的动量光子的动量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

22、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.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练2、3 3 3 3、如图所示，当开关、如图所示，当开关、如图所示，当开关、如图所示，当开关s s s s断开时候，用光子能量为断开时候，用光子能量为断开时候，用光子能量为断开时候，用光子能量为2.5ev2.5ev2.5ev2.5ev的的的的一束光照射阴极一束光照射阴极一束光照射阴极一束光照射阴极K K K K时，发现电流表示数不为零

23、。闭合开关，时，发现电流表示数不为零。闭合开关，时，发现电流表示数不为零。闭合开关，时，发现电流表示数不为零。闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于0.6V0.6V0.6V0.6V时，时，时，时，电流表示数仍不为零；电压表示数大于或等于电流表示数仍不为零；电压表示数大于或等于电流表示数仍不为零；电压表示数大于或等于电流表示数仍不为零；电压表示数大于或等于0.6V0.6V0.6V0.6V时，时，时，时，电流表示数为零，求此时光电子的最大初动能和该阴极电流表示

24、数为零，求此时光电子的最大初动能和该阴极电流表示数为零，求此时光电子的最大初动能和该阴极电流表示数为零，求此时光电子的最大初动能和该阴极材料的逸出功。材料的逸出功。材料的逸出功。材料的逸出功。随堂演练随堂演练随堂演练随堂演练4 4 4 4、在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了、在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了、在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了、在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能光电效应，实验测得光电子的最大初动能光电效应，实验测得光电子的最大初动能光电效应，实验测得光电子的最大初动能E E E EK K K K与入射光与入射光与入射光与入射光的频率的频率的频率的频率的关系如图，由图可求出（的关系如图，由图可求出（的关系如图，由图可求出（的关系如图，由图可求出（）A A A A、该金属的极限频率和极限波长、该金属的极限频率和极限波长、该金属的极限频率和极限波长、该金属的极限频率和极限波长B B B B、普朗克常量、普朗克常量、普朗克常量、普朗克常量C C C C、该金属的、该金属的、该金属的、该金属的逸出功逸出功逸出功逸出功D D D D、单位时间、单位时间、单位时间、单位时间逸出的电子数逸出的电子数逸出的电子数逸出的电子数