第二節(jié)_光的粒子性

1、光的粒子性光的粒子性波粒二象性波粒二象性一、光電效應(yīng)現(xiàn)象一、光電效應(yīng)現(xiàn)象結(jié)論：結(jié)論：鋅板在射線照射下失去電子而帶正電鋅板在射線照射下失去電子而帶正電實驗逸出的電子稱為逸出的電子稱為光電子光電子。光電效應(yīng)：光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象中的電子從表面逸出的現(xiàn)象 光電子定向移動形成的電流叫光電子定向移動形成的電流叫光電流光電流光子和光電子的區(qū)別？光子和光電子的區(qū)別？ 光子光子，是，是傳遞電磁相互作用傳遞電磁相互作用的基本粒子，每的基本粒子，每個光子的能量為個光子的能量為E=hv, 光電子光電子是金屬表面受是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電

2、子，其本質(zhì)是到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子電子1、存在飽和電流存在飽和電流 當(dāng)當(dāng)A接正極，接正極，K接負(fù)極接負(fù)極時，控制入射光的強(qiáng)度一時，控制入射光的強(qiáng)度一定，使定，使UAK從從0開始增大，開始增大，觀察到電流表的示數(shù)一開觀察到電流表的示數(shù)一開始增大，到某一數(shù)值后就始增大，到某一數(shù)值后就不再增大。不再增大。 這個最大電流就叫做這個最大電流就叫做飽和電流。飽和電流。二、實驗研究光電效應(yīng)的規(guī)律二、實驗研究光電效應(yīng)的規(guī)律AK陽極陽極陰極陰極 + - AV對存在飽和電流的解釋：對存在飽和電流的解釋： K板逸出的電子向各板逸出的電子向各個方向運動，如果不加電個方向運動，如果不加電壓，很多電子無法

3、到達(dá)壓，很多電子無法到達(dá)A板，無法形成較大電流。板，無法形成較大電流。 加上電壓后，越來越加上電壓后，越來越多的電子到達(dá)多的電子到達(dá)A板，電流板，電流越來越大。越來越大。 但是，如果所有電子但是，如果所有電子都達(dá)到了都達(dá)到了A板，繼續(xù)增大板，繼續(xù)增大電壓，就無法再增大電流。電壓，就無法再增大電流。AK陰極陰極+ - AV實驗表明：實驗表明：光的顏色不變光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。注：注：入射光的強(qiáng)度指入射光的強(qiáng)度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量

4、單位面積上的總能量，入射光的強(qiáng)度等于，入射光的強(qiáng)度等于單位時單位時間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積間內(nèi)光子能量與入射光子數(shù)的乘積入射光越亮入射光越亮光強(qiáng)越大光強(qiáng)越大提問：若光強(qiáng)一定，光的頻率增提問：若光強(qiáng)一定，光的頻率增大，那么飽和光電流怎么變化？大，那么飽和光電流怎么變化？ 變小變小思考思考1：如果：如果AK之間不加電壓，電流是否為之間不加電壓，電流是否為0？思考思考2：如何才能使電流為：如何才能使電流為0？2、存在遏止電壓存在遏止電壓Uc （反向截止電壓）（反向截止電壓） 當(dāng)當(dāng)A接負(fù)極，接負(fù)極，K接正極接正極時，控制入射光的強(qiáng)度一時，控制入射光的強(qiáng)度一定，使定，使UKA從從0開始增大，開始增

5、大，觀察到電流表的示數(shù)逐漸觀察到電流表的示數(shù)逐漸減小到減小到0。 電流剛減小到電流剛減小到0時對應(yīng)時對應(yīng)的的UKA叫做遏止電壓叫做遏止電壓Uc。AK陰極陰極 - + AV對存在遏止電壓的解釋：對存在遏止電壓的解釋： 加上反向電壓后，電加上反向電壓后，電子受到的電場力方向與運子受到的電場力方向與運動方向相反，電子減速。動方向相反，電子減速。 如果反向電壓足夠大，如果反向電壓足夠大，電子將無法達(dá)到電子將無法達(dá)到A板。臨界板。臨界的電壓值即為遏止電壓的電壓值即為遏止電壓Uc。 其中，其中，vc是所有光電子的最大初速度，是所有光電子的最大初速度， 是光電子的最大初動能。是光電子的最大初動能。+ + +

6、 + + + 一一 一一 一一 一一 一一 一一EEFvUKAc221eUvmcec221eUvmce IUc2OU黃光（黃光（ 強(qiáng)）強(qiáng)）黃光（黃光（ 弱）弱）實驗測得的光電效應(yīng)曲線實驗測得的光電效應(yīng)曲線藍(lán)光藍(lán)光Uc1遏遏止止電電壓壓飽和電流飽和電流Is3、存在截止頻率存在截止頻率c 當(dāng)入射光的頻率減小當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值到某一數(shù)值c時，無論光時，無論光的強(qiáng)度多大，加上怎樣的的強(qiáng)度多大，加上怎樣的電壓，都不會有光電流。電壓，都不會有光電流。 這個臨界頻率叫做截這個臨界頻率叫做截止頻率止頻率c。AK陰極陰極 - + AV4、光電效應(yīng)的瞬時性光電效應(yīng)的瞬時性 當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率時，

7、無論光當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率時，無論光如何微弱，幾乎在瞬間就會產(chǎn)生光電流。時如何微弱，幾乎在瞬間就會產(chǎn)生光電流。時間間隔不超過間間隔不超過10-9s。三、光電效應(yīng)解釋中的疑難三、光電效應(yīng)解釋中的疑難推論推論1：光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏：光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓止電壓Uc應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。實驗結(jié)果：遏止電壓只與光的頻率有關(guān)。對于一定顏實驗結(jié)果：遏止電壓只與光的頻率有關(guān)。對于一定顏色（頻率）的光色（頻率）的光, 無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓是無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓是一樣的。一樣的。推論推論2：不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都：不管光的

8、頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率?？色@得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。實驗結(jié)果：對于不同的物體，都有相應(yīng)的截止頻率。實驗結(jié)果：對于不同的物體，都有相應(yīng)的截止頻率。推論推論3：如果光很弱，電子需要很長時間才能獲得逸：如果光很弱，電子需要很長時間才能獲得逸出表面需要的能量。出表面需要的能量。實驗結(jié)果：時間小于實驗結(jié)果：時間小于10-9s四、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程四、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 金屬中的電子吸收一個光子的能量是金屬中的電子吸收一個光子的能量是hv，一，一部分能量用來克服金屬的逸出功部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的，剩下的表現(xiàn)為逸

9、出后電子的最大初動能表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能Ek，即：，即： 0kEhW221vmEek其中 為光電子的最大初動能 逸出功逸出功W0：金屬表面的電子直接向外飛出時，只金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做的功。需克服原子核的引力做的功。(也就是說電子脫離也就是說電子脫離某種金屬所做功的最小值某種金屬所做功的最小值)其中 為光電子的最大初動能 影響飽和電流、遏制電壓、截止頻率的因素影響飽和電流、遏制電壓、截止頻率的因素1、只要入射光頻率超過截止頻率，飽和電流、只要入射光頻率超過截止頻率，飽和電流的大小只與單位時間內(nèi)的光子數(shù)有關(guān)。的大小只與單位時間內(nèi)的光子數(shù)有關(guān)。2、截止頻率只與

10、金屬的逸出功有關(guān)，即只與、截止頻率只與金屬的逸出功有關(guān)，即只與金屬的種類有關(guān)。金屬的種類有關(guān)。3、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān)。、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān)。0cWh0chWUe思考思考1：同種頻率的光射到同種金屬上，增強(qiáng)：同種頻率的光射到同種金屬上，增強(qiáng)入射光時，飽和電流、遏止電壓分別如何變?nèi)肷涔鈺r，飽和電流、遏止電壓分別如何變化？化？答案：飽和電流增大，遏止電壓不變。答案：飽和電流增大，遏止電壓不變。思考思考2：相同強(qiáng)度（單位時間內(nèi)的能量）的單：相同強(qiáng)度（單位時間內(nèi)的能量）的單色光射到同種金屬上，增加入射光的頻率時，色光射到同種金屬上，增加入射光的頻率時，飽和電流、遏止電壓分別如

11、何變化？飽和電流、遏止電壓分別如何變化？答案：飽和電流減小，遏止電壓增大。答案：飽和電流減小，遏止電壓增大。2、遏止電壓、遏止電壓-入射光頻率：入射光頻率：Uc-圖像圖像思考思考1：截距和斜率的物理意義分別是什么？：截距和斜率的物理意義分別是什么？思考思考2：如果將兩種不同金屬的：如果將兩種不同金屬的Uc-曲線畫在曲線畫在同一張圖像中，會是怎樣的？同一張圖像中，會是怎樣的？Uc-W0/ec0cWhUee五、康普頓效應(yīng)五、康普頓效應(yīng)1、光的散射、光的散射 光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的

12、散射。2、康普頓效應(yīng)、康普頓效應(yīng) 康普頓在做康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與現(xiàn)散射線中除有與入射波長相同的射線外入射波長相同的射線外，還有比，還有比入射波長更長的射線入射波長更長的射線。hv電子碰前碰后hv光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入了揭示了光的粒光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入了揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具有能量之外還具有動量。表明光子除了具有能量之外還具有動量。碰后光子的能量減小，所以頻率變小，波長變長五、光子的動量五、光子的動量hp 2mcE hv狹義相對論：一個光子的能

13、量：2chvm 動量：vcchvcchvmvp.2光子的動量：例例2、關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點，正、關(guān)于光子說的基本內(nèi)容有以下幾點，正確的是確的是( )A、在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一、在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子份的，每一份叫一個光子B、光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子、光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)微粒子C、光子的能量跟它的頻率成正比、光子的能量跟它的頻率成正比D、光子客觀并不存在，而是人為假設(shè)的、光子客觀并不存在，而是人為假設(shè)的答案：答案：ACD例例3、關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的是、關(guān)于光電效應(yīng)下述說法中正確的是( )A、光電子的最大初動

14、能隨著入射光的強(qiáng)度增、光電子的最大初動能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大大而增大B、只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時間足夠、只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)長，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)C、在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射、在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關(guān)光的頻率無關(guān)D、任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這、任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)個頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)答案：答案：D課后練習(xí)課后練習(xí)例例4、在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能、在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？什么？