11-6光的粒子性VIP

1、11-6 光的粒子性、光的波粒二象性一、教學(xué)目標(biāo)1認(rèn)識光的粒子性，知道截止頻率2了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律3知道光既具有波動性，又具有粒子性二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：光的粒子性，光的波粒二象性難點(diǎn)：解釋光電效應(yīng)的光的量子說，光的波粒二象性所表現(xiàn)出的物質(zhì)性質(zhì)的多樣性三、教學(xué)器材多媒體教學(xué)用光盤四、教學(xué)建議教法建議：互動啟發(fā)、演示實(shí)驗(yàn)、講授教學(xué)設(shè)計方案：（一） 引入新課提問：光的干涉、衍射等現(xiàn)象使我們認(rèn)識到光具有什么性質(zhì)？答：波動性設(shè)疑：在光的波動理論建立以后，人們從實(shí)驗(yàn)中又發(fā)現(xiàn)了用光的波動性解釋不了的新現(xiàn)象。（用多媒體演示）：圖11-44 光電效應(yīng)讓帶電的鋅板與驗(yàn)電器連接，驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，然后

2、用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器原來偏轉(zhuǎn)的指針閉合。這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明鋅板受到紫外線照射時，光使電子從鋅板表面逸出了。引出課程內(nèi)容1. 光的粒子性（1）光電效應(yīng)：定義：物體在光（從可見光到射線）的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子稱為光電子。俄國物理學(xué)家斯托列夫在1888年用圖11-45所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究了光電效應(yīng)的規(guī)律。圖11-45 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)圖中S是一個抽成真空的玻璃容器，容器中裝有陰極K(金屬板)和陽極A，C為石英小窗。當(dāng)光線透過石英小窗照射在陰極K上時，從電流計上可以看到有電流通過，這些被光照射產(chǎn)生的光電子在電場作用下不斷由陰極K流向陽極A形成的電流稱為光電流。 （2）光電效應(yīng)

3、的基本規(guī)律 提問：任何金屬都會發(fā)生光電效應(yīng)嗎？它遵守什么規(guī)律呢？從實(shí)驗(yàn)中可歸納得出，光電效應(yīng)的基本規(guī)律是： 對于每一種金屬，只有在高于某一頻率的光照射時，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，這個頻率稱為該金屬的截止頻率。任何一種金屬都具有各自的截止頻率，比如鋅的截止頻率是8065 ,用低于這個頻率的光照射鋅板，無論照射光多強(qiáng)，也無論照射時間多長，都不能使它產(chǎn)生光電效應(yīng)。書上用表格列出了幾種金屬的截止頻率和對應(yīng)的波長。幾種金屬的截止頻率和對應(yīng)的波長 金 屬 銫 鈣 鎢 鎳 鉑 4.59 6.52 11.1 12.1 15.1 0.654 0.460 0.271 0.248 0.197 入射光的頻率大于截止頻率時，

4、光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。 光電子的初動能只與入射光的頻率成線性關(guān)系，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。 光電效應(yīng)具有瞬時性，只要有大于截止頻率的光照射到金屬上，光電子立即發(fā)出來，時間相差不到。（3）光的量子理論 光電效應(yīng)的這些基本規(guī)律用經(jīng)典的電磁波理論無法得到解釋。按照電磁波理論，光的能量應(yīng)該由光的強(qiáng)度決定而與頻率無關(guān)，然而這和實(shí)驗(yàn)結(jié)果又不相符。波動理論還無法解釋光電效應(yīng)的瞬時性，按照波動理論，當(dāng)一束很弱的光照射到金屬表面上以后，應(yīng)該經(jīng)過一段時間的能量積累才能有光電子從金屬中逸出，怎么可能瞬間就從金屬中逸出呢? 愛因斯坦正確解釋了光電效應(yīng)的規(guī)律，提出了光的量子學(xué)說。他認(rèn)為光是由大量以光速運(yùn)動的粒

5、子組成的粒子流，這些粒子稱為光量子或光子，每個光子的能量E與它的頻率成正比，即 (118)式中h是普朗克常量。 按照這個觀點(diǎn)，頻率為的光的能量只能是的整數(shù)倍，光子能量是這種光的能量的最小單位，稱為光的能量的量子化。 例題1. 分別計算的紅光和的光的光子能量。 解已知，則紅光的光子能量為 EX光的光子能量為計算結(jié)果表明：光光子比紅光光子的能量大得多。光的量子理論能很好地解釋了光電效應(yīng)， 并說明了能量在輻射、傳播和吸收的過程中是一份一份的、不連續(xù)的，每份的能量等于，顯示了光的粒子性，光子就是這種一份一份的分立的能量量子。為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦還提出了一個公式：式中是入射光子能量,是金屬的逸出功

6、，是光電子的初動能。 這就是著名的愛因斯坦方程，它定量地說明了發(fā)生光電效應(yīng)時的能量關(guān)系。 例題2 . 已知銫的截止頻率為，若波長為04的光照射在銫上，能否發(fā)生光電效應(yīng)?為什么?如能發(fā)生，試求金屬銫的逸出功和光電子的初速度。 解 已知,則所以可以發(fā)生光電效應(yīng)。 金屬的逸出功與其截止頻率相對應(yīng)。利用愛因斯坦方程，令初動能為零，則逸出功 光電子的初動能為 = =1.96 已知電子質(zhì)量,則光電子的初速度2. 光的波粒二象性光的干涉、衍射現(xiàn)象充分說明了光是一種波，而光電效應(yīng)又揭示了光的粒子性，那么光究竟是波還是粒子?近代物理的理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，光既具有波動性，又具有粒子性。光子與實(shí)物粒子有著本質(zhì)的區(qū)別

7、，比如光子始終以光速運(yùn)動，而任何實(shí)物粒子的運(yùn)動都不可能達(dá)到光速。相對論證明，光子的靜止質(zhì)量為零，運(yùn)動質(zhì)量為 光子的能量與光波的頻率有關(guān)，說明光的波動性和粒子性有著緊密的聯(lián)系，無論在什么情況下，光的波動性和粒子性都是始終存在的，它既具有波動性，又具有粒子性，我們把這種現(xiàn)象稱為光的波粒二象性。光在傳播過程中，一般主要表現(xiàn)出波動性，但是當(dāng)光與其他物質(zhì)相互作用時，粒子性比較顯著。光的波粒二象性說明光既不是宏觀概念中的波(如機(jī)械波等)，也不是宏觀概念中的微粒。光是由一系列具有波動性的、不連續(xù)的光子流所構(gòu)成的。一切實(shí)物粒子(電子、質(zhì)子、中子等)都具有波粒二象性，1924年，法國科學(xué)家德布羅意不僅大膽地設(shè)想

8、了一切微粒都具有二象性，而且給出了表征其粒子性與波動性相聯(lián)系的能量E和動量的關(guān)系式： 式中h是普朗克常量。后來建立起來的量子力學(xué)正是以波粒二象性的觀點(diǎn)作為其重要基礎(chǔ)。當(dāng)然，人們對光的本性的認(rèn)識尚未完結(jié)，還有待于進(jìn)一步的探索發(fā)現(xiàn)。（三）小結(jié)1.光電效應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)律(1)光電效應(yīng)存在截止頻率，任何一種金屬都具有各自的截止頻率。入射光頻率低于截止頻率時，無論光強(qiáng)多大，光照時間多長，都不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電流的大小與入射光強(qiáng)成正比。(3)光電子的初動能與入射光的頻率成線性關(guān)系，而與入射光強(qiáng)無關(guān)。(4)光電效應(yīng)具有瞬時性。2.光電效應(yīng)說明光具有粒子性。3.光的波粒二象性（1）光子與實(shí)物粒子有著本質(zhì)的區(qū)別，光既有波動性，又有粒子性，是由一系列具有波動性的、不連續(xù)的光子流所構(gòu)