物理章能量量子化光的粒子性.pptx

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1、阳极阴极 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。遏止电压：怎样求解？最大初动能遏止电压计算最大初动能或遏止电压的方法光电子有内层、外层逸出的，逸出速度不同，有克服引力、阻力最小的，存在最大速度。第15页/共55页IUcOU光 强 较 弱光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置遏止电压 一、光电效应的实验规律阳极阴极第16页/共55页Ia光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置IsUOU光 强 较 强光 强 较 弱遏止电压饱和电流 一、光电效应的实验规律阳极阴极同等频率光

2、照射，光越强、饱和电流越大。单位时间内光电子数越多。与所加电压无关。第17页/共55页2.光电效应实验规律.光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。.截止频率c-极限频率（发生光电效应的条件）对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c。当入射光频率 c 时，电子才能逸出金属表面；才有光电流。只有hvW0.才有EK0.才有电子的逸出，才能发生光电效应。截止频率（极限频率）v0=W0/h。当入射光频率 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。都不会产生光电流。光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间0.与光强度无关。2.爱因斯坦光电效应方程：EK=h0-W0.AD第20页/

3、共55页1下列光子说解释光电效应规律的说法中，正确的有()A存在极限频率是因为各种金属都有一定的逸出功B光的频率越高，电子得到光子的能量越大，逸出后飞离金属的最大初动能越大C电子吸收光子的能量后动能立即增加，成为光电子不需要时间D光的强度越大，单位时间内入射光子数越多，光电子数越多，光电流越大变式训练变式训练分析：1.电子吸收光子（能量）一部分用来克服原子引力和阻力做功，一部分转化为动能。只有h0W0.才有动能。才能有光电子，才能发生光电效应。求h0=W0的方法。2.光电效应的条件ABD第21页/共55页2两种单色光a和b，a光照射某金属时有光电子逸出，b光照射该金属时没有光电子逸出，则()A

4、在真空中，a光的传播速度较大B在水中，a光的波长较小C在真空中，b光光子的能量较大D在水中，b光的折射率较小分析：1.a照射发生光电效应faf0、b不发生fbfb.2.所有光在真空的速度皆为C。3.n=c/v,则fa大、n大，但v小。4.光子h，b的频率小，能量小。BD第22页/共55页3.如图所示电路的全部接线及元件均完好用光照射光电管的K极板，发现电流计无电流通过，可能的原因是()AA、K间加的电压不够高 B电源正负极接反了C照射光的频率不够高 D照射光的强度不够大分析：无电流，无光电子。1.可能所加电压时反向，电场力和电子速度反向，不能使电子从K到A极。2.可能没有发生光电效应现象，即入

5、射光频率小于极限频率。3.光电效应的发生：与电压、光强度无关。BC第23页/共55页4.一细束平行光，经玻璃三棱镜折射后分解成互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上如图所示，已知金属板b上有光电子逸出，可知()A板a一定有光电子逸出 B板a一定无光电子逸出C板c一定有光电子逸出 D板c一定无光电子逸出分析：1.由图可知fcfbfa.b发生光电效应，f bf0.2.fcfbf0.则c一定发生光电效应3.a未必不发生光电效应.因为fa不一定小于极限频率。C第24页/共55页3.爱因斯坦的光量子假设1.内容 光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是

6、说，频率为 的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek。由能量守恒可得出：2.爱因斯坦光电效应方程为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；为光电子的最大初动能。只与金属材料有关第25页/共55页对爱因斯坦光电效应方程EK=hv-W0的理解1.最大动能、遏止电压的求法EK=mvm2/2=eUc.或利用方程求解2.逸出功、极限频率的求法hv0=W0=hc/0或利用方程求解3.光子（能量）E=hv=hc/求法或利用方程求解.4.光电子数N=E/=Pt/

7、5.某一金属，对应一个确定大小的逸出功W0.也对应一个极限频率入射光强度决定决定光子数决定单位时间内逸出电子数决定饱和电流决定决定决定入射光频率光子能量h光电子的最大初动能EK=hv-W0.遏止电压UC=EK/e材料逸出功W0决定截止频率v0=W0/h第26页/共55页 3.从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率：爱因斯坦对光电效应的解释：1.光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。2.电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。第27页/共55页类型二类型二光电效应方程的应用例例2 2在光电效应实

8、验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图1711所示则可判断出()A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能分析：1.光电效应方程EK=h-W0=eUc.2.同一光电管W0同。U甲=U乙U丙。则EK甲=EK乙EK丙。3.甲=乙丙。B第28页/共55页2.用波长为2.0107m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.71019J.由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034Js，光速c3.0108m/s，结

9、果取两位有效数字)()A5.51014HzB7.91014HzC9.81014Hz D1.21015Hz变式训练变式训练分析：知0.2=x10-7m,则hv=hc/.EK=4.7x10-19J1.EK=hv-W0.则 W0=hv-EK ，W0=hv0.B第29页/共55页3硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有N个波长为0的光子打在光电池板上，这些光子的总能量为()Ahc/0.BNhc/0.CNh/0.D2Nh0.分析:每个光子的能量=hc/0.总能量E=N B第30页/共55页4.如图所示的实验电路，当用黄光照射光电管中的金属涂层时，毫安表的指针发生了偏转若将电路中的滑动变阻器的

10、滑片P向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零，此时电压表读数为U，这一电压称为遏止电压欲使遏止电压增大，可以采用的措施为()A增大黄光强度 B延长照射时间C改用蓝光照射 D改用红光照射分析：EK=hv-W0和EK=eUc则hv-W0=eUc.使Uc增大，则v增大C第31页/共55页5.如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射到阴极P，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()A1.9 eVB0.6 eVC2.5 eV D3.

11、1 eV分析：1.hv=2.5ev2.EK=eU=0.6ev3.W0=hv-EK=1.9evA第32页/共55页6氦氖激光器发出波长为663 nm的激光，当激光器的输出功率为1 mW时，每秒发出的光子数为()A2.21015.B3.31015.C2.21014.D3.31014.分析：1.每秒辐射的能量E=Pt=10-3W2.一个光子的能量=hc/=3.每秒的光子数N=E/B7铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面求：(1)光电子的最大初动能(2)遏止电压 (3)铝的截止频率 解析：1.最大初动能EK=hv-W0=hc/W0=3.225x10-19J2.遏止电压：e

12、UC=EK,则UC=EK/e=2.016V3.极限频率：hv0=W0.则 v0=W0/h=1.014x1015Hz第33页/共55页8.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Ek与入射光的频率的关系如图所示，由实验图线可求出()A该金属的极限频率和极限波长 B普朗克常量C该金属的逸出功 D单位时间内逸出的光电子数 ABC分析：EK=hv-W0.第34页/共55页 康普顿效应第2课时第35页/共55页1.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.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

13、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有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。第36页/共55页一.康普顿散射的实验装置与规律：晶体 光阑X 射线管探测器X 射线谱仪 石墨体(散射物质)0散射波长第37页/共55页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！第38页/共55页康普顿散射曲线的特点：1.除原波长0外出现了移向长波方向的新的散射波长。2.新波长 随散射角的增大而增大。散射中出现 0 的现象，称为康普顿散射。波长的偏移为=0O=45O=90O=135O.o（A）0.70

14、00.750波长.0第39页/共55页称为电子的Compton波长只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角 有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长0 无关，c=0.0241=2.4110-3nm（实验值）第40页/共55页遇到的困难经典电磁理论在解释康普顿效应时2.无法解释波长改变和散射角的关系。射光频率应等于入射光频率。其频率等于入射光频率，所以它所发射的散过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，1.根据经典电磁波理论，当电磁波通第41页/共55页光子理论对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子作

15、弹性碰撞的子能量几乎不变，波长不变。小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，是散射光的波长大于入射光的波长。部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一结果，具体解释如下：第42页/共55页3.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。光子理论对康普顿效应的解释第43页/共55页三.康普顿散射实验的意义（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”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

16、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1927年获诺贝尔物理奖。第44页/共55页康普顿效应康普顿效应康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家1927第45页/共55页19251926年，吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射线,以15种轻重不同的元素为散射物质，四、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()测量各种波长的散射光强度，作了大量 X 射线散射

17、实验。（1897-1977）吴有训第46页/共55页光子的能量和动量第47页/共55页动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的第48页/共55页类型三类型三光子说的应用（功率、能量、光子数的联系）太阳光垂直射到地面上时，地面上1 m2接收的太阳光的功率为1.4 kW，其中可见光部分约占45%.(1)假设认为可见光的波长约为0.55 m，日地间距离R1.51011 m普朗克常量h6.61034 Js，估算太阳每秒辐射出的可见光光子数为多少(2)若已知地球的半径为6.4106 m，估算地球接收的太阳光的总功率【思路点拨】设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳大球面接收的

18、光子数等于太阳辐射的全部光子数；地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆面面积关键：先求辐射总能量，每个光子的能量。再求光子数例例3 3第49页/共55页解析：1.以日、地间距为半径作球面。则太阳每秒辐射的电子数等于球面吸收 的电子数。球面每秒吸收的可见光能量（太阳辐射的能量）：E=PtS/S0=45%X1.4X103X1X4R2/12.每个可见光光子的能量：=hc/3.光子数N=E/=4.9x1044个4.太阳垂直照射地面的有效面积r2.P地=P r2=1.8X1014Kw第50页/共55页1人眼

19、对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到的波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常量为6.631034 Js，光速为3.0108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是()A2.31018 W B3.81019 WC7.01010 W D1.21018 W变式训练变式训练解析：1.每秒吸收的能量E=6=6hc/2.每秒吸收的功率P=E/t=2.3x10-18W每秒吸收或辐射的能量即吸收或辐射功率第51页/共55页2某广播电台的发射功率为10 kW，发射的电磁波在空气中传播时波长为187.5 m，试求：(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？(2)若

20、光子向各个方向均匀发射，求在离天线2.5 km处，直径为2 m的环状天线每秒接收的光子个数及接收功率解析：1.每秒辐射能量E=Pt=104J每光子的能量=hc/60.1 x10-27J则辐射光子数N=E/=1031个2.每平方米吸收光子数：n=N/4R2.天线吸收的光子数：N/=nr2=4X1023个每秒吸收能量即功率：P吸=r2P/4R2=4X10-4W第52页/共55页3.如图所示装置，阴极K用极限波长00.66 m的金属制成若闭合开关S，用波长0.50 m的绿光照射阴极，调整两个极板电压，使电流表示数最大为0.64 A，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能分析：1.知极限频率可求逸出功W0=hc/0.2.知入射光波长可求电子吸收能量=hc/3.根据1.2.可求最大初动能EK=-W0.4.知最大饱和电流可求每秒辐射的总电量Q则每秒辐射的电子数：n=Q/e=It/e.5.在频率不变时，单位时间内电子数与饱和电流成正比，饱和电流与光强度成正比。6.最大初动能只与入射频率、W0与关第53页/共55页谢谢合作第54页/共55页感谢您的观看！第55页/共55页