選修3-5第二章：光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)(ppt)1

1、光的波粒二象性虢鎮(zhèn)中學(xué)虢鎮(zhèn)中學(xué) 付倉書付倉書光到底是什么？光到底是什么？1717世紀明確形成世紀明確形成了兩大對立學(xué)說了兩大對立學(xué)說牛頓牛頓惠更斯惠更斯微粒說微粒說波動說波動說由于波動說沒有由于波動說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng)粒說一直占上風(fēng)1919世紀初證明了世紀初證明了波動說的正確性波動說的正確性這里的光子完全不同于牛頓所說的這里的光子完全不同于牛頓所說的“微粒微粒”1919世紀末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得世紀末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在愛因斯坦在2020世紀初提出了世紀初提出了光子說：光具有粒子性光子說：光具有粒子性光的微粒說光的微粒說：光是沿直線高速

2、傳播的粒子流光是沿直線高速傳播的粒子流 。 牛頓支持微粒說牛頓支持微粒說。人們都認為牛頓是微粒說。人們都認為牛頓是微粒說的代表。牛頓于的代表。牛頓于16751675年曾提出：年曾提出：“光是一群難以想象光是一群難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子的細微而迅速運動的大小不同的粒子”，這些粒子被，這些粒子被發(fā)光體發(fā)光體“一個接一個地發(fā)射出來一個接一個地發(fā)射出來”。 易解釋易解釋：光的直進性、影的形成、光的反射和折：光的直進性、影的形成、光的反射和折射等現(xiàn)象。射等現(xiàn)象。 難解釋難解釋：（：（1 1）一束光入射到兩種介質(zhì)界面時，一束光入射到兩種介質(zhì)界面時，既有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種

3、情況既有反射，又有折射。何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢下又發(fā)生折射呢? ?微粒說在解釋這一點時遇到了很大的微粒說在解釋這一點時遇到了很大的困難。困難。 （2 2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了。這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了。 光的波動說光的波動說：某種振動，以波的形式向四周圍傳播。：某種振動，以波的形式向四周圍傳播。代表人物代表人物：是荷蘭的物理學(xué)家惠更斯。：是荷蘭的物理學(xué)家惠更斯。易解釋易解釋：（：（1 1）光的反射、折射、光的反射和折射）光的反射、折射、光的反射和折射可以同時發(fā)生。可以同時發(fā)生

4、。 （2 2）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一）兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一 常見的現(xiàn)象。常見的現(xiàn)象。難解釋難解釋：光的直進性和影的形成。：光的直進性和影的形成。一、人類對光的本性認識的歷史進程：一、人類對光的本性認識的歷史進程：微粒說：微粒說：認為光是一種粒子認為光是一種粒子 代表人物：牛頓代表人物：牛頓 波動說：波動說：認為光是一種波認為光是一種波 代表人物：惠更斯代表人物：惠更斯光的電磁說：光的電磁說：光是電磁波光是電磁波 提出者：提出者：麥克斯韋麥克斯韋1.用弧光燈照射鋅板用弧光燈照射鋅板 驗電器指針張開，驗電器指針張開， 說明什么？說明什么？2.用絲綢摩擦過的玻用絲綢

5、摩擦過的玻 璃棒靠近鋅板，指璃棒靠近鋅板，指 針張角增大，說明什么？針張角增大，說明什么？光電效應(yīng)現(xiàn)象：光電效應(yīng)現(xiàn)象：二、光電效應(yīng)與光電流：二、光電效應(yīng)與光電流： 物體在光的照射下發(fā)射電子物體在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象叫的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)光電效應(yīng)，發(fā)射出來的，發(fā)射出來的電子叫電子叫光電子光電子。 光電管就是利用光電效應(yīng)制光電管就是利用光電效應(yīng)制成的一種光學(xué)元件，它的作用是把成的一種光學(xué)元件，它的作用是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柟庑盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?由于光電效應(yīng)由于光電效應(yīng)在電路中形成的電在電路中形成的電流叫流叫光電流光電流。三、光電效應(yīng)的規(guī)律：三、光電效應(yīng)的規(guī)律：光電效應(yīng)發(fā)生時間非常短暫，幾乎不需要時間

6、光電效應(yīng)發(fā)生時間非常短暫，幾乎不需要時間只有當(dāng)入射光的頻率高于某一只有當(dāng)入射光的頻率高于某一頻率頻率v0時才能發(fā)生光電效應(yīng)，把時才能發(fā)生光電效應(yīng)，把這一頻率這一頻率v0叫叫極限頻率極限頻率 單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目跟入射光的強度成單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目跟入射光的強度成正比正比光電子的最大初動能只跟入射光的強度無關(guān)，它光電子的最大初動能只跟入射光的強度無關(guān)，它隨入射光的頻率增大而增大隨入射光的頻率增大而增大四、波動理論對光電效應(yīng)的解釋的困難：四、波動理論對光電效應(yīng)的解釋的困難：波動理論波動理論光電效應(yīng)實驗結(jié)果光電效應(yīng)實驗結(jié)果困難困難1 1 光能由振幅決定，與光頻率光能由振幅決定，與光頻率無

7、關(guān)，只要光強足夠大（不無關(guān)，只要光強足夠大（不論入射光的頻率多），總可論入射光的頻率多），總可以使電子獲得足夠的能量從以使電子獲得足夠的能量從而發(fā)生光電效應(yīng)而發(fā)生光電效應(yīng)如果如果 0 0，無論光，無論光強有多大，都不能發(fā)生強有多大，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，光能應(yīng)由光光電效應(yīng)，光能應(yīng)由光頻率來決定頻率來決定困難困難2 2 光強越大，電子可獲得更多光強越大，電子可獲得更多能量，光電子的最大初動能能量，光電子的最大初動能也應(yīng)該越大，遏止電壓也應(yīng)也應(yīng)該越大，遏止電壓也應(yīng)越大。即出射電子的最大初越大。即出射電子的最大初動能應(yīng)該由光強來決定動能應(yīng)該由光強來決定光電子的最大初動能、光電子的最大初動能、遏止電壓都

8、與光強無關(guān)，遏止電壓都與光強無關(guān)，而與頻率有關(guān)而與頻率有關(guān)困難困難3 3 光強大時，電子能量積累的光強大時，電子能量積累的時間就短，光強小時，能量時間就短，光強小時，能量積累的時間就長積累的時間就長當(dāng)入射光照射到光電管當(dāng)入射光照射到光電管陰極時，無論光強怎樣，陰極時，無論光強怎樣，幾乎瞬間就產(chǎn)生了光電幾乎瞬間就產(chǎn)生了光電子子五、量子假說五、量子假說 光子：光子：普朗克的量子假說：普朗克的量子假說： 在微觀世界里，物理量的取值很多時候在微觀世界里，物理量的取值很多時候是不連續(xù)的，只能取一些分立的值，這稱為是不連續(xù)的，只能取一些分立的值，這稱為量子化現(xiàn)象。量子化現(xiàn)象。愛因斯坦的光子假說：愛因斯坦的

9、光子假說： 在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，光子的能量光子的能量E 跟光的頻率跟光的頻率成正比成正比。 光子的能量光子的能量 Eh 其中其中h是一個常量，叫普朗克常量：是一個常量，叫普朗克常量： h=6.631034J.s六、光電方程六、光電方程 光子說對光電效應(yīng)的解釋：光子說對光電效應(yīng)的解釋： 在光電效應(yīng)中，入射光的能量等于出射的光電在光電效應(yīng)中，入射光的能量等于出射的光電子的最大初動能與逸出功之和：子的最大初動能與逸出功之和： 即：即： 或或 這叫愛因斯坦光電效應(yīng)方程，簡稱光

10、電方程這叫愛因斯坦光電效應(yīng)方程，簡稱光電方程 使金屬表面的電子能掙脫原子核的引力而逸出使金屬表面的電子能掙脫原子核的引力而逸出成為光電子所需做的功叫逸出功成為光電子所需做的功叫逸出功WhEkmWEhkm閱讀：閱讀：P32“對光電效應(yīng)的解釋對光電效應(yīng)的解釋”部分部分0hW 金屬金屬 銫銫 鈉鈉 鋅鋅 銀銀 鉑鉑 波長波長（m）0.660 00.500 00.372 00.260 00.196 2 頻率頻率 （Hz）4.54510146.000 10148.065 10141.153 10141.529 1014部分金屬的極限頻率和波長部分金屬的極限頻率和波長幾種金屬的逸出功幾種金屬的逸出功銫銫鈣

11、鈣鎂鎂鈹鈹鈦鈦逸出功逸出功W/eV1.92.73.73.94.1要點深化要點深化1、入射光強度、入射光強度 決定每秒鐘光源發(fā)射的決定每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)光子數(shù) 決定金屬每秒逸出的光子數(shù)決定金屬每秒逸出的光子數(shù) 決定光電流的強度。決定光電流的強度。2、入射光頻率、入射光頻率 決定光子能量決定光子能量 決決定光電子初動能。定光電子初動能。特別提醒特別提醒(1)光電效應(yīng)中的光包括不可見光如：紫外光電效應(yīng)中的光包括不可見光如：紫外線等線等(2)光電效應(yīng)的實質(zhì)光電效應(yīng)的實質(zhì):光現(xiàn)象光現(xiàn)象電現(xiàn)象電現(xiàn)象Ekm曲線曲線(3)直線直線(如圖如圖21)(4)由圖象可以得到的物理量由圖象可以得到的物理量極限頻率：

12、圖線與極限頻率：圖線與軸交點的橫坐標軸交點的橫坐標0.逸出功逸出功：圖線與圖線與Ekm軸交點的縱坐標的值軸交點的縱坐標的值W0E.普朗克常量普朗克常量：圖線的斜率圖線的斜率kh.圖圖21WhEkm1 1、_的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫來的電子叫_ 。物體在物體在光的照射下發(fā)射電子光的照射下發(fā)射電子光電子光電子鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：2 2、光電管的作用是把、光電管的作用是把 _ _ 信號轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栟D(zhuǎn)變?yōu)開信號。由信號。由于光電管發(fā)生光電效應(yīng)而在電路中形成的電流叫于光電管發(fā)生光電效應(yīng)而在電路中形成的電流叫_。光光電電光電流光電流3、在演示光電效應(yīng)的實驗中，原來不帶電

13、的一塊鋅板與靈、在演示光電效應(yīng)的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器指針張開一敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器指針張開一個角度，如圖所示，這時個角度，如圖所示，這時 ( )A鋅板帶正電，指針帶負電鋅板帶正電，指針帶負電B鋅板帶正電，指針帶正電鋅板帶正電，指針帶正電C鋅板帶負電，指針帶正電鋅板帶負電，指針帶正電D鋅板帶負電，指針帶負電鋅板帶負電，指針帶負電B鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：5、已知銫的極限頻率為、已知銫的極限頻率為4.5451014Hz，鈉為，鈉為6.01014Hz，銀為銀為1.1531015Hz，鉑為，鉑為1.5291015Hz，當(dāng)用波長為，當(dāng)用

14、波長為375nm的光照射它們時，可發(fā)生光電效應(yīng)的是的光照射它們時，可發(fā)生光電效應(yīng)的是_。（光速（光速c=3.0108m/s，光速與波長、頻率的關(guān)系：，光速與波長、頻率的關(guān)系：c =f ）銫和鈉銫和鈉4、若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列哪、若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列哪一種方法可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)（一種方法可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)（ ）A. 增大入射光的強度增大入射光的強度B. 增加光的照射時間增加光的照射時間C. 改用黃光照射改用黃光照射D. 改用紫光照射改用紫光照射D6、某種頻率的光射到金屬表面上時，金屬表面有電子逸出，、某種頻率的光射到金屬表面上時，金屬

15、表面有電子逸出，若光的頻率不變而強度減弱，那么下述結(jié)論中正確的是若光的頻率不變而強度減弱，那么下述結(jié)論中正確的是A光的強度減弱到某一數(shù)值時，就沒有電子逸出光的強度減弱到某一數(shù)值時，就沒有電子逸出 B逸出的電子數(shù)一定減少逸出的電子數(shù)一定減少C逸出的電子數(shù)有可能增加逸出的電子數(shù)有可能增加 D逸出的電子數(shù)有可能不變逸出的電子數(shù)有可能不變B7、下列關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的是（、下列關(guān)于光電效應(yīng)的說法正確的是（ ）A光電子的動能隨照射光頻率的增大而增大光電子的動能隨照射光頻率的增大而增大 B光電子的初速度與照射光的頻率成正比光電子的初速度與照射光的頻率成正比C光電子的最大初動能與照射光的頻率成正比光電子

16、的最大初動能與照射光的頻率成正比D光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大光電子的最大初動能隨照射光頻率的增大而增大8、用綠光照射一光電管能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰、用綠光照射一光電管能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增大應(yīng)（極逸出時的最大初動能增大應(yīng)（ ）A改用紅光照射改用紅光照射 B增大綠光的強度增大綠光的強度C增大光電管上的加速電壓增大光電管上的加速電壓 D改用紫光照射改用紫光照射DD鞏固練習(xí)：鞏固練習(xí)：9、已知某單色光的波長為、已知某單色光的波長為，在真空中的傳播速度為，在真空中的傳播速度為c，普朗，普朗克常量為克常量為h，則該電磁波輻射的能量子的值為，則該電磁波

17、輻射的能量子的值為( )Ahc / Bh/c Ch / Dhc10、某激光器能發(fā)射波長為、某激光器能發(fā)射波長為的激光，發(fā)射功率為的激光，發(fā)射功率為P，真空，真空中光速為中光速為c，普朗克常量為，普朗克常量為h，則該激光器每秒發(fā)射的光量，則該激光器每秒發(fā)射的光量子數(shù)為子數(shù)為 ( )A. P / hc B. hP/c C. cP / h D. hP / c AA11、三種不同的入射光線甲、乙、丙分別照射在三種不同的、三種不同的入射光線甲、乙、丙分別照射在三種不同的金屬金屬a、b、c上，均恰能使金屬中逸出光電子。已知三種光線上，均恰能使金屬中逸出光電子。已知三種光線的波長的波長甲甲乙乙丙丙，則：，則

18、：A、用三種入射光照射金屬、用三種入射光照射金屬a ，均可發(fā)生光電效應(yīng)，均可發(fā)生光電效應(yīng)B、用三種入射光照射金屬、用三種入射光照射金屬c ，均可發(fā)生光電效應(yīng)，均可發(fā)生光電效應(yīng)C、用入射光甲和乙同時照射金屬、用入射光甲和乙同時照射金屬c，可能發(fā)生光電效應(yīng)，可能發(fā)生光電效應(yīng)D、用入射光甲照射金屬、用入射光甲照射金屬b ，可能發(fā)生光電效應(yīng)，可能發(fā)生光電效應(yīng)A 12、用波長為、用波長為的單色光照射某金屬逸出光電子的最大初動能的單色光照射某金屬逸出光電子的最大初動能為用波長為為用波長為2的單色光照射該金屬逸出電子的最大初動能的的單色光照射該金屬逸出電子的最大初動能的n倍倍,則能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最大

19、波長是多少則能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最大波長是多少?13、波長為、波長為0.17m的紫外線照射至金屬筒上能使其發(fā)射的紫外線照射至金屬筒上能使其發(fā)射光電子，光電子在磁感強度為光電子，光電子在磁感強度為B的勻強磁場中，做最大半徑的勻強磁場中，做最大半徑為為r的勻速圓周運動時，已知的勻速圓周運動時，已知 rB=5.610-6Tm，光電子質(zhì)，光電子質(zhì)量量m=9.110-31Kg，電量，電量e =1.610-19C，求：，求： (1)每個光電子的最大初動能；每個光電子的最大初動能； (2)金屬筒的逸出功金屬筒的逸出功(1)4.4110-19J (2)7.310-19J0KccnEhh02KccEhh解：

20、由題意：解：由題意： 得得02(1)2nn13.一細束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為互相分一細束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為互相分離的三束光離的三束光,分別照射到相同的金屬板分別照射到相同的金屬板a、b、c上上,如如圖所示圖所示,已知金屬板已知金屬板b有光電子放出有光電子放出,則則A.板板a一定不放出光電子一定不放出光電子B.板板a一定放出光電子一定放出光電子C.板板c一定不放出光電子一定不放出光電子D.板板c一定放出光電子一定放出光電子 【D】D21光與物質(zhì)相互作用的基本形式光與物質(zhì)相互作用的基本形式: :光電效應(yīng)光電效應(yīng)光子論的提出光子論的提出康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子偶效應(yīng)電子偶效應(yīng)光子

21、論的應(yīng)用和檢驗光子論的應(yīng)用和檢驗 愛因斯坦光子理論（續(xù)）愛因斯坦光子理論（續(xù)）（1 1） 光是以光速運動的光子流光是以光速運動的光子流（2 2） 每個光子能量和動量每個光子能量和動量 hcEmcphchE ,（3 3） 光強即光的能流密度光強即光的能流密度 hNI N: :單位時間通過垂直于單位時間通過垂直于c單位面積的光子個數(shù)單位面積的光子個數(shù)愛因斯坦光子理論愛因斯坦光子理論22實驗裝置示意圖實驗裝置示意圖: : X光被石墨散射光被石墨散射X 射線管射線管石墨體石墨體X射射線線譜譜儀儀晶體晶體1. 1. 實驗規(guī)律實驗規(guī)律二二. .康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)美國物理學(xué)家美國物理學(xué)家1892-1962

22、1892-1962獲獲19271927年諾貝爾年諾貝爾物理獎物理獎一一. .康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體晶體 光闌光闌X 射線管射線管探探測測器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射物質(zhì)) 0散射波長散射波長 04590135（相對強度）（波長）I00康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng): 在在 X X 射線射線通過物質(zhì)散射時，散射通過物質(zhì)散射時，散射線中除有與入射線波長線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線。入射線波長更長的射線。其波長的改變量與散射其波長的改變量與散射角角 有關(guān)，而與入射線波有關(guān)，而與入射線波長長 0 0

23、和散射物質(zhì)都無關(guān)和散射物質(zhì)都無關(guān)?？灯疹D散射曲線的特點：康普頓散射曲線的特點： 1.除原波長除原波長 0外出現(xiàn)了移向外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長長波方向的新的散射波長 。 2.新波長新波長 隨散射角的增大隨散射角的增大而增大。而增大。 散射中出現(xiàn)散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，稱的現(xiàn)象，稱為為康普頓散射。康普頓散射。波長的偏移為波長的偏移為0 =0O=45O=90O=135O. . . . . . . . . .o（A）0.7000.750 波波 長長. . 0 26 實驗規(guī)律：實驗規(guī)律：1)1)散射光散射光瑞利散射瑞利散射成分成分原波長原波長0 康普頓散射康普頓散射成分成分0 : ; II,0

24、2)2)波長改變量波長改變量和散射物質(zhì)無關(guān)和散射物質(zhì)無關(guān)與與0 有有關(guān)關(guān)只只與與散散射射方方向向 3)3)原子量越小的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)越顯著原子量越小的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)越顯著一定，輕元素散射一定，輕元素散射一定，一定， 較較大大0 II稱為電子的稱為電子的Compton波長波長)cos1 ( c只有當(dāng)入射波長只有當(dāng)入射波長 0與與 c可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，著，因此要用因此要用X射線才能觀察到射線才能觀察到康普頓散射，用可康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角波長的偏移只與散射角 有關(guān)，有關(guān)，而與散射物質(zhì)而與散射物質(zhì)種類

25、及入射的種類及入射的X X射線的波長射線的波長 0 0 無關(guān)，無關(guān)，0 c = 0.0241=2.41 10-3nm（實驗值）（實驗值）康普頓正在測晶體康普頓正在測晶體對對X 射線的散射射線的散射 按經(jīng)典電磁理論：按經(jīng)典電磁理論： 如果入射如果入射X光是某光是某 種波長的電磁波，種波長的電磁波， 散射光的波長是散射光的波長是 不會改變的！不會改變的！292. 2. 經(jīng)典物理遇到的困難經(jīng)典物理遇到的困難經(jīng)典物理無法解釋經(jīng)典物理無法解釋康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng). . 根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光質(zhì)中帶電粒

26、子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率頻率: :0 3.3.用光子論解釋康普頓效應(yīng)用光子論解釋康普頓效應(yīng)(1) (1) 基本思想基本思想X射線（光子流）與散射物質(zhì)相互作用情況與射線（光子流）與散射物質(zhì)相互作用情況與散射物質(zhì)種類無關(guān)散射物質(zhì)種類無關(guān)光子光子電子電子相互作用相互作用光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋 康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：具體解釋如下： 2. 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子

27、相碰撞，光子將與整個原子交換能量個原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。大于入射光的波長。 000vxy光子散射物 電子反沖速度很大，需用相對論力學(xué)來處理.（1）物理模型 入射光子（ X 射線或 射線）能量大 . 固體表面電子束縛較弱，可視為近自由電子. 四 量子解釋xy電子光

28、子 電子熱運動能量 ，可近似為靜止電子. heV101054hE 范圍為：X-ray01. 光子與點陣離子的碰撞 由于離子質(zhì)量比光子的質(zhì)量大得多，碰撞后光子的能量基本不變。所以散射光的波長是不變的，這就是散射光中與入射線同波長的射線；（2）理論解釋 X 射線視為一些 =h 的光子，與自由電子發(fā)生完全彈性碰撞，電子獲得一部分能量，散射的光子能量減小，頻率減小，波長變長。2. 光子與自由電子的碰撞 00hh033 完全非彈性碰撞：完全非彈性碰撞：光子被電子吸收，電子能量增加光子被電子吸收，電子能量增加, ,當(dāng)電子能量當(dāng)電子能量足夠大時，成為光電子逸出。足夠大時，成為光電子逸出。即光電效應(yīng)即光電效應(yīng)

29、* * 光子、電子均視為光子、電子均視為“點粒子點粒子”，所以不考慮一般，所以不考慮一般 非彈性碰撞非彈性碰撞典型情況典型情況完全非彈性碰撞完全非彈性碰撞彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞非彈性碰撞34彈性碰撞彈性碰撞束縛強束縛強光子光子原子原子m自由電子熱運動能量自由電子熱運動能量光子光子靜止自由電子靜止自由電子彈性碰撞彈性碰撞能量守恒能量守恒動量守恒動量守恒 001nhp nhp 1vmp 20 h0n hnmv 37光子光子電子電子撞撞 前前撞撞 后后oohchE 1oohpn1 hcE 1n1 hp 22cmEo 02 p22mcE mp 2* *自行列方程自行列方程 001nhp nhp 1

30、vmp 20 h0n hnmv 38動量守恒：動量守恒：vmnhnhoo 由由 能量守恒：能量守恒：22mchccmhcoo 質(zhì)速關(guān)系：質(zhì)速關(guān)系：20)(1cmm 建立方程建立方程余弦定理：余弦定理： cos2)()(0222022hhhvm 001nhp nhp 1vmp 239求解得：求解得：2sin2)cos1(2000 cmhcmh 令令oA024.00 cmhc 電子的康普頓波長電子的康普頓波長2sin220 c 證明了愛因斯坦光子理論的正確性證明了愛因斯坦光子理論的正確性 證明了能量守恒、動量守恒定律的普適性證明了能量守恒、動量守恒定律的普適性 證明相對論效應(yīng)在宏觀、微觀均存在證明

31、相對論效應(yīng)在宏觀、微觀均存在獲獲19271927年諾貝爾物理獎。年諾貝爾物理獎。理論結(jié)果與實驗相符理論結(jié)果與實驗相符40練習(xí)練習(xí)時康普頓散射的情況時康普頓散射的情況入射，入射，和紫光（和紫光（光（光（比較用比較用 )A4000)A5 . 0Xo2o1解：解： 波長改變量相同波長改變量相同oAc048. 02sin22 光光對對X%6 . 95 . 0048. 01 對紫光對紫光%0012. 04000048. 02 入射光能量較低入射光能量較低)(c 時，康普頓效應(yīng)不顯著，將主要時，康普頓效應(yīng)不顯著，將主要觀察到光電效應(yīng)觀察到光電效應(yīng))(o 三、光的波粒二象性三、光的波粒二象性1干干涉、衍射和

32、偏振以無可辯駁的事實表明光是涉、衍射和偏振以無可辯駁的事實表明光是一種波；一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實表光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無可辯駁的事實表明光是一種粒子，因此現(xiàn)代物理學(xué)認為：光具有波明光是一種粒子，因此現(xiàn)代物理學(xué)認為：光具有波粒二象性粒二象性2正確理解波粒二象性：波粒二象性中所說的波正確理解波粒二象性：波粒二象性中所說的波是一種概率波，對大量光子才有意義波粒二象性是一種概率波，對大量光子才有意義波粒二象性中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量中所說的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效

33、果往往表現(xiàn)為波動性大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性2有有關(guān)光的本性的說法正確的是關(guān)光的本性的說法正確的是()A關(guān)于光的本性，牛頓提出了關(guān)于光的本性，牛頓提出了“微粒說微粒說”，惠，惠更斯提出了更斯提出了“波動說波動說”，愛，愛 因斯坦提出了因斯坦提出了“光子光子說說”，它們都圓滿地說明了光的本性，它們都圓滿地說明了光的本性B光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成觀概念上的波，也可以看成 宏觀概念上的粒子宏觀概念上的粒子C光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性電效應(yīng)說明光具

34、有粒子性D在光的雙縫干涉實驗中，如果光通過雙縫時在光的雙縫干涉實驗中，如果光通過雙縫時顯出波動性，如果光只通過一個縫時顯出粒子性顯出波動性，如果光只通過一個縫時顯出粒子性解析：解析：牛牛頓主張的微粒說中的微粒與實物粒子一樣，頓主張的微粒說中的微粒與實物粒子一樣，惠更斯主張的波動說中的波動與宏觀機械波等同，惠更斯主張的波動說中的波動與宏觀機械波等同，這兩種觀點是相互對立的，都不能說明光的本性，這兩種觀點是相互對立的，都不能說明光的本性，所以所以A、B錯，錯，C正確在雙縫干涉實驗中，雙縫干正確在雙縫干涉實驗中，雙縫干涉出現(xiàn)明暗均勻的條紋，單縫出現(xiàn)中央亮而寬，周涉出現(xiàn)明暗均勻的條紋，單縫出現(xiàn)中央亮而

35、寬，周圍暗而窄的條紋，都說明光的波動性當(dāng)讓光子一圍暗而窄的條紋，都說明光的波動性當(dāng)讓光子一個一個地通過單縫時，曝光時間短時表現(xiàn)出粒子性，個一個地通過單縫時，曝光時間短時表現(xiàn)出粒子性，曝光時間長時顯出波動性，因此曝光時間長時顯出波動性，因此D錯誤錯誤答案：答案：C【例例1】 紫紫光的波長為光的波長為4 000 ，金屬鈉的逸出功為，金屬鈉的逸出功為3.51019 J，求：，求：(1)每個紫光光子的能量為多大？每個紫光光子的能量為多大？(2)若用該紫光照射金屬鈉時，若用該紫光照射金屬鈉時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能是多大？產(chǎn)生的光電子的最大初動能是多大？解析：解析：(1)因因Eh，而，而 ，所以所以E

36、 J5.01019 J.(2)由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程得：由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程得：hWEkmax，所以所以EkmaxhW5.01019 J3.51019 J1.51019 J.答案：答案：(1)5.01019 J(2)1.51019 J.【例例2】 關(guān)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中不正確的是確的是()A不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性具有波粒二象性B運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔時，都沒有特小孔時，都沒有特 定的運動軌道定的運動軌道C波動性

37、和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性粒二象性D解析：解析：光光具有波粒二象性是微觀世界具有的特具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動殊規(guī)律，大量光子運動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性光性，而單個光子的運動表現(xiàn)出光的粒子性光的波長越長，波動性越明顯，光的頻率越高，的波長越長，波動性越明顯，光的頻率越高，粒子性越明顯而宏觀物體的德布羅意波

38、的波粒子性越明顯而宏觀物體的德布羅意波的波長太小，實際很難觀察到波動性，不是不具有長太小，實際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性波粒二象性D項合題意項合題意答案答案：D (2010江蘇單科江蘇單科)(1)研究光電效應(yīng)電路如圖研究光電效應(yīng)電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板空管的鈉極板(陰極陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極陽極A吸收，在電路中形成光電流下列光電流吸收，在電路中形成光電流下列光電流I與與A/K之間的電壓之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是的關(guān)系圖象中，正確的是()C(2)鈉金屬

39、中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小是光電子光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小_(填填“增大增大”“”“減小減小”或或“不變不變”)，原因是，原因是_(3)已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為3.4 eV和和1.51 eV，金屬鈉的截止頻率為，金屬鈉的截止頻率為5.531014 Hz，普朗克常，普朗克常量量h6.631034 Js.請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金

40、屬鈉板，能否發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板，能否發(fā)生光電效應(yīng)生光電效應(yīng)減小減小光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(或需要克服逸出功）或需要克服逸出功）（3）氫原子放出的光子能量）氫原子放出的光子能量EE3E2，代入數(shù)據(jù)得，代入數(shù)據(jù)得E1.89 eV，金屬鈉的逸出，金屬鈉的逸出功功W0hc，代入數(shù)據(jù)得，代入數(shù)據(jù)得W02.3 eV.因為因為E21，則，則()答案：答案：B解析：解析：大量氫原子躍遷時，只有三個頻率的光譜，這說明大量氫原子躍遷時，只有三個頻率的光譜，這說明是從是從n3能級向低能級躍遷，根據(jù)能量守恒有，能級向低能級躍遷，根據(jù)能量守恒有，

41、h3h2h1，解得：，解得：321，選項，選項B正確正確6(2010四川理綜四川理綜)用波長為用波長為2.0107 m的紫外的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是是4.71019 J由此可知，鎢的極限頻率是由此可知，鎢的極限頻率是(普朗普朗克常量克常量h6.631034 Js，光速，光速c3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字結(jié)果取兩位有效數(shù)字)()A5.51014 Hz B7.91014 HzC9.81014 Hz D1.21015 Hz答案：答案：B（2011上海）用一束紫外線照射某金屬時不能上海）用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生

42、光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是施是 (A)改用頻率更小的紫外線照射改用頻率更小的紫外線照射 (B)改用改用X射線照射射線照射 (C)改用強度更大的原紫外線照射改用強度更大的原紫外線照射 (D)延長原紫外線的照射時間延長原紫外線的照射時間 答案：答案：B【2013上海高考上海高考】當(dāng)用一束紫外線照射鋅當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時(A)鋅板帶負電鋅板帶負電(B)有正離子從鋅板逸出有正離子從鋅板逸出(C)有電子從鋅板逸出有電子從鋅板逸出(D)鋅板會吸附空氣中的正離子鋅板會吸附空氣中的正離子答案：答案：C【2013上海高考上海高考】某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為某半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長為1.510-6m，功率為，功率為5.010-3W的連續(xù)激光。已的連續(xù)激光。已知可見光波長的數(shù)量級為知可見光波長的數(shù)量級為10-7m，普朗克常量，普朗克常量h6.6310-34Js，該激光器發(fā)出的，該激光器發(fā)出的(A)是紫外線是紫外線(B)是紅外線是紅外線(C)光子能量約為光子能量約為1.3