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1、光是一種電磁波,麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論光是一種電磁波,麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論完美地解釋了光的波動(dòng)現(xiàn)象。完美地解釋了光的波動(dòng)現(xiàn)象。然而到了然而到了19世紀(jì)末世紀(jì)末,人們發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)人們發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)卻無(wú)法用光的電磁理論來(lái)解釋卻無(wú)法用光的電磁理論來(lái)解釋. 問(wèn)題:用弧光燈照射鋅板問(wèn)題:用弧光燈照射鋅板,與鋅板連接的驗(yàn)電與鋅板連接的驗(yàn)電器張開(kāi)一個(gè)角度說(shuō)明什么?器張開(kāi)一個(gè)角度說(shuō)明什么? 弧光燈照射后的鋅板帶了電?;」鉄粽丈浜蟮匿\板帶了電。 疑問(wèn):光電子的發(fā)射與什么因素有關(guān)呢?為疑問(wèn):光電子的發(fā)射與什么因素有關(guān)呢?為了研究這個(gè)問(wèn)題,我們來(lái)認(rèn)識(shí)一種光學(xué)器件。了研究這個(gè)問(wèn)題,我們來(lái)認(rèn)識(shí)一種光學(xué)器件。陰極陰極(鍍

2、有一層堿金屬鍍有一層堿金屬)陽(yáng)陽(yáng)極極陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極光光放大器放大器控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)196196372372558558660660 0 /nm15.311.58.075.384.554.55 v0/1014Hz鉑鉑銀銀鋅鋅鉀鉀銫銫260260幾種金屬的極限頻率幾種金屬的極限頻率 和極限波長(zhǎng)和極限波長(zhǎng)00入射光強(qiáng)度入射光強(qiáng)度:是指單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的是指單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的光子的總能量光子的總能量.I=nh(n(n表示單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)表示單位時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)單位面積的光子數(shù)單位面積的光子數(shù)) )或或I=NI=Nh/st對(duì)同一種色光而言對(duì)同一種色光而言,照射光的強(qiáng)度決定著每秒鐘光

3、照射光的強(qiáng)度決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)源發(fā)射的光子數(shù).fvTv或2。光子與電子的碰撞在瞬間完成,光電子的發(fā)。光子與電子的碰撞在瞬間完成,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的。一般不超過(guò)射幾乎是瞬時(shí)的。一般不超過(guò)10-9s不存在能量積不存在能量積累時(shí)間。累時(shí)間。3。對(duì)于同種色光,光電流隨加速電壓增大而增。對(duì)于同種色光,光電流隨加速電壓增大而增大,當(dāng)加速電壓達(dá)到一定值時(shí),光電流達(dá)到最大大,當(dāng)加速電壓達(dá)到一定值時(shí),光電流達(dá)到最大值值IS(飽和電流)。(飽和電流)。4。光電流強(qiáng)度(指。光電流強(qiáng)度(指飽和電流)與入射光飽和電流)與入射光強(qiáng)度成正比。強(qiáng)度成正比。但光電流的有無(wú)與入但光電流的有無(wú)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。射

4、光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。入射光頻率的變化對(duì)入射光頻率的變化對(duì)光電流幾乎無(wú)影響。光電流幾乎無(wú)影響。IIsO光光 強(qiáng)強(qiáng) 較較 強(qiáng)強(qiáng)光光 強(qiáng)強(qiáng) 較較 弱弱遏遏止止電電壓壓飽飽和和電電流流U甲VV+ + + +- U乙乙3 3、那么光電子的最大初動(dòng)能是多少呢?、那么光電子的最大初動(dòng)能是多少呢?221cevmceU五,電磁理論解釋的困難五,電磁理論解釋的困難2008年高考物理上海卷年高考物理上海卷 15例題例題1。如圖所示,用導(dǎo)線將驗(yàn)電器與潔凈鋅板連接,如圖所示,用導(dǎo)線將驗(yàn)電器與潔凈鋅板連接,觸摸鋅板使驗(yàn)電器指示歸零,用紫外線照射鋅板,驗(yàn)觸摸鋅板使驗(yàn)電器指示歸零,用紫外線照射鋅板,驗(yàn)電器指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn),接著用毛

5、皮摩擦過(guò)的橡膠棒電器指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn),接著用毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒接觸鋅板,發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針張角減小,此現(xiàn)象說(shuō)明鋅接觸鋅板,發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針張角減小,此現(xiàn)象說(shuō)明鋅板帶板帶_電(選填電(選填“正正”或或“負(fù)負(fù)”);若改用紅外線若改用紅外線重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)重復(fù)以上實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針根本不會(huì)偏轉(zhuǎn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針根本不會(huì)偏轉(zhuǎn),說(shuō)說(shuō)明金屬鋅的極限頻率明金屬鋅的極限頻率_紅紅外線的頻率(選填外線的頻率(選填“大于大于”或或“小于小于”)。)。正正 大于大于 毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒帶負(fù)電,毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒帶負(fù)電,因鋅板被紫外線照射后發(fā)生光電效因鋅板被紫外線照射后發(fā)生光電效應(yīng)缺少電子而帶正電,故驗(yàn)電器指針的負(fù)電荷與

6、鋅應(yīng)缺少電子而帶正電,故驗(yàn)電器指針的負(fù)電荷與鋅板正電荷中和一部分電荷后偏角變小,用紅外線照板正電荷中和一部分電荷后偏角變小,用紅外線照射驗(yàn)電器指針偏角不變,說(shuō)明鋅板未發(fā)生光電效應(yīng),射驗(yàn)電器指針偏角不變,說(shuō)明鋅板未發(fā)生光電效應(yīng),說(shuō)明鋅板的極限頻率大于紅外線的頻率。說(shuō)明鋅板的極限頻率大于紅外線的頻率。解析:解析:BBD例題例題4、如圖所示,是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電如圖所示,是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電控制設(shè)備用到的光控繼電器的示意圖,它由電源、控制設(shè)備用到的光控繼電器的示意圖,它由電源、光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成;當(dāng)用光電管、放大器、電磁繼電器等幾部分組成;當(dāng)用綠光照射圖中光電管陰

7、極綠光照射圖中光電管陰極K時(shí),可發(fā)生光電效應(yīng),則時(shí),可發(fā)生光電效應(yīng),則以下說(shuō)法正確的是:(以下說(shuō)法正確的是:( ) (A)增大綠光照射強(qiáng)度,)增大綠光照射強(qiáng)度,光電子最大初動(dòng)能增大;光電子最大初動(dòng)能增大;(B)增大綠光照射強(qiáng)度)增大綠光照射強(qiáng)度,電電路中的光電流增大;路中的光電流增大;(C)改用波長(zhǎng)比綠光波長(zhǎng)大的光照射光電管陰極)改用波長(zhǎng)比綠光波長(zhǎng)大的光照射光電管陰極K時(shí),時(shí),電路中一定有光電流;電路中一定有光電流;(D)改頻率比綠光頻率大的光照射光電管陰極)改頻率比綠光頻率大的光照射光電管陰極K時(shí),時(shí),電路中一定有光電流。電路中一定有光電流。 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)第第2課時(shí)課時(shí)1.光的散射光

8、的散射2.2.康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)一一. .康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律:康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律:晶體晶體 光闌光闌X 射線管射線管探探測(cè)測(cè)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))j 0散射波長(zhǎng)散射波長(zhǎng) 康普頓正在測(cè)晶體康普頓正在測(cè)晶體對(duì)對(duì)X 射線的散射射線的散射康普頓散射曲線的特點(diǎn):康普頓散射曲線的特點(diǎn): 1.除原波長(zhǎng)除原波長(zhǎng) 0外出現(xiàn)了移向外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng) 。 2.新波長(zhǎng)新波長(zhǎng) 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??灯疹D散射。波長(zhǎng)的偏移為波長(zhǎng)的偏移為0 =0O

9、j=45Oj=90Oj=135Oj. . . . . . . . . .o(A)0.7000.750波長(zhǎng)波長(zhǎng). . 0 遇到的困難遇到的困難經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋光子理論對(duì)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康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的子能量幾乎不變,波長(zhǎng)不變。子能量幾乎不變,波長(zhǎng)不變。小于原子質(zhì)量,根據(jù)碰撞理論,小于原子質(zhì)量,根據(jù)碰撞理論, 碰撞前后光碰撞前后光光子將與整個(gè)原子交換能量光子將與整個(gè)原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)2. 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞,若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰

10、撞,是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 部分能量傳給電子部分能量傳給電子,散射光子的能量減少,于散射光子的能量減少,于1. 若光子和外層電子相碰撞,光子有一若光子和外層電子相碰撞,光子有一結(jié)果,具體解釋如下:結(jié)果,具體解釋如下: 3. 因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān),所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。有關(guān),所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋三三. .康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義康普頓于康普頓于19271927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。康康普普頓頓效效應(yīng)應(yīng)康康普普頓頓效效

11、應(yīng)應(yīng)康普頓康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家美國(guó)物理學(xué)家192719251926年,吳有訓(xùn)用銀的年,吳有訓(xùn)用銀的X射線射線( 0 =5.62nm) 為入射線為入射線, 以以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì),種輕重不同的元素為散射物質(zhì),四、吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)四、吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。重要貢獻(xiàn)。在同一散射角在同一散射角( )測(cè)量測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度,作各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度,作了大量了大量 X 射線散射實(shí)驗(yàn)。射線散射實(shí)驗(yàn)。0120 j j(1897-197

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