光的粒子性教學(xué)課件人教課標(biāo)版

1、17.2 光的粒子性第十七章 波粒二象性第1頁(yè)，共27頁(yè)。二、光電效應(yīng)現(xiàn)象 用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連，使驗(yàn)電器張角增大到約為30度。 再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。結(jié)論：鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。第2頁(yè)，共27頁(yè)。光電效應(yīng)： 當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱(chēng)為光電效應(yīng)。 逸出的電子稱(chēng)為光電子。 光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流。第3頁(yè)，共27頁(yè)。三、實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)的規(guī)律1、存在飽和電流 當(dāng)A接正極，K接負(fù)極時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一定，使UAK從0開(kāi)始增大，觀察到電流表的示數(shù)一開(kāi)始增大，到某一數(shù)值后就不再增大。

2、 這個(gè)最大電流就叫做飽和電流。A陽(yáng)極陰極 + - 第4頁(yè)，共27頁(yè)。對(duì)存在飽和電流的解釋?zhuān)?K板逸出的電子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如果不加電壓，很多電子無(wú)法到達(dá)A板，無(wú)法形成較大電流。 加上電壓后，越來(lái)越多的電子到達(dá)A板，電流越來(lái)越大。 但是，如果所有電子都達(dá)到了A板，繼續(xù)增大電壓，就無(wú)法再增大電流。A陽(yáng)極陰極 + - 第5頁(yè)，共27頁(yè)。思考1：如果AK之間不加電壓，電流是否為0？思考2：如何才能使電流為0？第6頁(yè)，共27頁(yè)。2、存在遏止電壓Uc （反向截止電壓） 當(dāng)A接負(fù)極，K接正極時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一定，使UKA從0開(kāi)始增大，觀察到電流表的示數(shù)逐漸減小到0。 電流剛減小到0時(shí)對(duì)應(yīng)的UKA叫做遏止

3、電壓Uc。A陽(yáng)極陰極 - + 第7頁(yè)，共27頁(yè)。對(duì)存在遏止電壓的解釋?zhuān)?加上反向電壓后，電子受到的電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，電子減速。 如果反向電壓足夠大，電子將無(wú)法達(dá)到A板。臨界的電壓值即為遏止電壓Uc。 其中，vc是所有光電子的最大初速度， 是光電子的最大初動(dòng)能。+ + + + + + 一 一 一 一 一 一EEFvUKA第8頁(yè)，共27頁(yè)。 IUc2OU黃光（ 強(qiáng)）黃光（ 弱）實(shí)驗(yàn)測(cè)得的光電效應(yīng)曲線藍(lán)光Uc1遏止電壓飽和電流Is第9頁(yè)，共27頁(yè)。3、存在截止頻率c 當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值c時(shí)，無(wú)論光的強(qiáng)度多大，加上怎樣的電壓，都不會(huì)有光電流。 這個(gè)臨界頻率叫做截止頻率c。A陽(yáng)極陰極

4、- + 第10頁(yè)，共27頁(yè)。4、光電效應(yīng)的瞬時(shí)性 當(dāng)入射光的頻率超過(guò)截止頻率時(shí)，無(wú)論光如何微弱，幾乎在瞬間就會(huì)產(chǎn)生光電流。時(shí)間間隔不超過(guò)10-9s。第11頁(yè)，共27頁(yè)。經(jīng)典的理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)中的一些現(xiàn)象：推論1：光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓Uc應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：遏止電壓只與光的頻率有關(guān)。對(duì)于一定顏色（頻率）的光, 無(wú)論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓是一樣的。推論2：不管光的頻率如何，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。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于不同的物體，都有相應(yīng)的截止頻率。推論3：如果光很弱，電子需要很長(zhǎng)時(shí)間才能獲得逸出表面需要的能量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：時(shí)間小

5、于10-9s第12頁(yè)，共27頁(yè)。四、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程1、光子：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子后來(lái)被稱(chēng)為光子。2、電子從金屬中逃逸，需要克服阻力做功。使電子脫離金屬所要做的最小的功，叫做金屬的逸出功。 不同金屬的逸出功是不同的。3、一個(gè)電子一瞬間吸收一個(gè)光子的能量，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek，即： 上式即為愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程。 如果電子克服阻力做功大于逸出功，則逸出后電子的初動(dòng)能小于最大初動(dòng)能。第13頁(yè)，共27頁(yè)。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(guò)截止頻率，飽和電流的

6、大小只與單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)有關(guān)。2、截止頻率只與金屬的逸出功有關(guān)，即只與金屬的種類(lèi)有關(guān)。3、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān)。第14頁(yè)，共27頁(yè)。思考1：同種頻率的光射到同種金屬上，增強(qiáng)入射光時(shí)，飽和電流、遏止電壓分別如何變化？答案：飽和電流增大，遏止電壓不變。思考2：相同強(qiáng)度（單位時(shí)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(shí)，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。第15頁(yè)，共27頁(yè)。五、光電效應(yīng)方程的圖像：1、外加電壓和光電流的關(guān)系（同種金屬） 光的強(qiáng)弱影響飽和電流 光的頻率影響遏制電壓IUc2OU黃光（強(qiáng)）黃光（弱）藍(lán)光Uc1第16頁(yè)，共27頁(yè)。2、

7、遏止電壓-入射光頻率：Uc-圖像思考1：截距和斜率的物理意義分別是什么？思考2：如果將兩種不同金屬的Uc-曲線畫(huà)在同一張圖像中，會(huì)是怎樣的？Uc-W0/ec第17頁(yè)，共27頁(yè)。六、光電效應(yīng)方程的驗(yàn)證 密立根設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量金屬的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線斜率算出普朗克常數(shù)h，進(jìn)而與普朗克從黑體輻射得出的h相比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩種方法計(jì)算出的普朗克常數(shù)幾乎一樣，從而證明了光子假說(shuō)的正確性。 由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位，獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

8、第18頁(yè)，共27頁(yè)。七、康普頓效應(yīng)1、光的散射 光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。2、康普頓效應(yīng) 康普頓在做 X 射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。第19頁(yè)，共27頁(yè)。3、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的裝置 晶體 光闌X 射線管探測(cè)器X 射線譜儀 石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長(zhǎng)第20頁(yè)，共27頁(yè)。4、康普頓效應(yīng)的解釋 經(jīng)典理論：光的散射不會(huì)改變光的波長(zhǎng)和頻率。 光子模型解釋?zhuān)焊鶕?jù)動(dòng)量守恒定律，發(fā)生碰撞后光子的動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化。 光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)存在一定的關(guān)

9、系： 發(fā)生碰撞后，光子的動(dòng)量減小，即光的波長(zhǎng)增大。 散射角不同，說(shuō)明碰撞后光子的動(dòng)量也不同，光的波長(zhǎng)也不同。第21頁(yè)，共27頁(yè)。也可以從光子能量的角度解釋康普頓效應(yīng)： 發(fā)生碰撞后，光子能量減小，因此光的頻率減小。 碰撞的角度不同時(shí)，光子能量的減小也不同，頻率的減小也不同。第22頁(yè)，共27頁(yè)。5、康普頓效應(yīng)的意義(1) 有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)(2)首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)(3)證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。 康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”。 康普頓于1927

10、年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第23頁(yè)，共27頁(yè)。例1、一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( )A、延長(zhǎng)光照時(shí)間B、增大光束的強(qiáng)度C、換用紅光照射D、換用紫光照射答案：D【課堂練習(xí)】第24頁(yè)，共27頁(yè)。例2、關(guān)于光電效應(yīng)下述說(shuō)法中正確的是( )A、光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大B、只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，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光的頻率無(wú)關(guān)D、任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng)答案：D【課堂練習(xí)】第25頁(yè)，共27頁(yè)?！菊n堂練習(xí)】例3、在可見(jiàn)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？為什么？答案： 在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因?yàn)槠漕l率最高，但紫光不是最亮的。 光的亮度由兩個(gè)因素決定，一為光強(qiáng)，二為人眼的視覺(jué)靈敏度。 在