光的粒子性公開課

關(guān)于光的粒子性公開課第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三教學(xué)目標(biāo)：1.通過實(shí)驗(yàn)了解和掌握光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；2.知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三17世紀(jì)明確形成了兩大對(duì)立學(xué)說牛頓惠更斯微粒說波動(dòng)說19世紀(jì)初證明了波動(dòng)說的正確性由于波動(dòng)說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng)19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說：光具有粒子性對(duì)光學(xué)的研究從很早就開始了……第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電一、光電效應(yīng)現(xiàn)象第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三一、光電效應(yīng)現(xiàn)象

當(dāng)光線(包括不可見光)照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流

第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律電流表：測(cè)光電流的大小電壓表：測(cè)兩級(jí)之間的電壓大小滑動(dòng)變阻器：改變兩級(jí)之間的電壓大小第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值γc時(shí)，沒有光電子發(fā)出。實(shí)驗(yàn)結(jié)論1：存在截止頻率，當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)。第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)表明：產(chǎn)生光電流的時(shí)間不超過10－9s。即光電效應(yīng)發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論2：光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)表明：保持光頻率、光強(qiáng)不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。保持光頻率不變，增大光強(qiáng)，飽和電流增大IOUAKIs黃光（強(qiáng)）黃光（弱）第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)結(jié)論3：1.存在飽和電流，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律I0UAKIs黃光（強(qiáng)）黃光（弱）UAK=0時(shí)，Is=0嗎？說明了什么？第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律使光電流減小到零的反向最小電壓叫遏止電壓遏止電壓的大小表明逸出電子的初動(dòng)能大小第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于一定顏色（頻率）的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。且光的頻率v改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。II黃光（強(qiáng)）黃光（弱）遏止電壓藍(lán)光U2U1第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三二.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)結(jié)論4：存在遏止電壓，且跟光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)，進(jìn)而說明逸出光電子的最大初動(dòng)能與光頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)II黃光（強(qiáng)）黃光（弱）遏止電壓藍(lán)光U第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三三.光電效應(yīng)解釋中的疑難

看課本思考兩個(gè)問題：1.什么是逸出功？2.經(jīng)典電磁理論在哪些方面與實(shí)驗(yàn)結(jié)論矛盾？使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三

以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來解釋光電效應(yīng)。三.光電效應(yīng)解釋中的疑難

實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)典電磁理論入射光的越強(qiáng)，飽和電流越大強(qiáng)度越大，逸出的光電子數(shù)越多，光電流越大遏止電壓只與頻率有關(guān)，而與強(qiáng)度無關(guān)。遏止電壓應(yīng)與入射光的強(qiáng)度有關(guān)。如果光較弱，只要積累足夠長(zhǎng)時(shí)間，電子獲得足夠能量就會(huì)形成光電子存在截止頻率γc當(dāng)入射光頻率低于截止頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性能量的可以隨時(shí)間積累對(duì)比吻合不符不符不符第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三四.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程

（1）光量子假設(shè)：光子說光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。我來了第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三四.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程

（2）光電效應(yīng)方程一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：或第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三四.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程

（3）對(duì)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋：③光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。

①對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過10-9秒；③光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比.

第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期三1、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬(

)A．無論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．無論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能產(chǎn)生光電效應(yīng)C．超過極限頻率的入射光強(qiáng)