光的粒子性PPT.ppt

1、17.2光的粒子性,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電 器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。,一、光電效應現(xiàn)象,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,1.什么是光電效應,當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。,一.光電效應的實驗規(guī)律,光電子定向移動形成的電流叫光電流,一.光電效應的實驗規(guī)律,2.光電效應實驗規(guī)律,（1）存在飽和電流,實驗表明： 入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)越多。,I,I,s,U,a,O,U,黃光（ 強）,黃光（ 弱）,光電

2、效應伏安特性曲線,遏 止 電 壓,飽 和 電 流,一.光電效應的實驗規(guī)律,藍光,U,b,(2)存在遏止電壓和截止頻率,飽和電流,遏止電壓,實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光, 無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的. 光的頻率 改變是，遏止電壓也會改變。,一.光電效應的實驗規(guī)律,(2)存在遏止電壓和截止頻率,a.存在遏止電壓UC,光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。,一.光電效應的實驗規(guī)律,b.對于每種金屬，都相應確定的截止頻率c 。,當入射光頻率 c 時，電子才能逸出金屬表面；,(2)存在遏止電壓和截止頻率,只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針就立即偏轉。,光

3、電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過109 秒,光電效應在極短的時間內完成,一.光電效應的實驗規(guī)律,(3)具有瞬時性,勒納德等人通過實驗得出以下結論：,對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應； 當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大； 光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大； 入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒.,一.光電效應的實驗規(guī)律,以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應。,逸出功W0,使電子脫離某種金屬所做功的

4、最小值，叫做這種金屬的逸出功。,光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。,光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關。,不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。,如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于10 S。,-9,實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光, 無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.,溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。,二.光電效應解釋中的疑難,1.光子：,光本身就是由一個個不可

5、分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子后來被稱為光子。,愛因斯坦的光子說,愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：,三.愛因斯坦的光量子假設,2.愛因斯坦的光電效應方程,1.光子：,或,光電子最大初動能,金屬的逸出功,W0,一個電子吸收一個光子的能量h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能Ek，即：,三.愛因斯坦的光量子假設,3.光子說對光電效應的解釋,愛因斯坦方程表明，光電子的初動能Ek與入射光的頻率成線性關系，與光強無關。只有當hW0時，才有光電子逸出， 就是光電效應的截止頻率。,電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光

6、電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。,光強較大時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。,三.愛因斯坦的光量子假設,由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。,愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。,4.光電效應理論的驗證,美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。,三.愛因斯坦的光量子假設,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎

7、,密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,。,思考與討論,？,課本P36,可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。,四.光電效應在近代技術中的應用,1.光控繼電器,可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105108 倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。,2.光電倍增管,光電管,光,電源,電流計,I,A,K,第2課時 普頓效應康,1.光的散射,光在介質中與物質微粒相互作用,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,1923年康普頓在做 X 射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線

8、波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長 和散射物質都無關。,一.康普頓效應,3.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：,晶體,光闌,探 測 器,0,散射波長,一.康普頓效應,康普頓正在測晶體對X 射線的散射,按經(jīng)典電磁理論： 如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！,一.康普頓效應,康普頓散射曲線的特點：,a.除原波長0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長 。,b.新波長 隨散射角的增大而增大。,散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。,波長的偏移為,一.康普頓效應,稱為電子的Compton波長,只有當入射波長0與c可比擬時，康普頓效應才

9、顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。,波長的偏移只與散射角 有關，而與散射物質 種類及入射的X射線的波長0 無關，,c = 0.0241=2.4110-3nm（實驗值）,一.康普頓效應,1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難,二.康普頓效應解釋中的疑難,根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。,無法解釋波長改變和散射角關系。,2.光子理論對康普頓效應的解釋,二.康普頓效應解釋中的疑難,若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光

10、的波長大于入射光的波長。,若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。,因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。,1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；,2.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；,3.證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動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順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。,三

11、.康普頓散射實驗的意義,康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎,(1892-1962)美國物理學家,19251926年，吳有訓用銀的X射線(0 =5.62nm) 為入射線, 以15種輕重不同的元素為散射物質，,4.吳有訓對研究康普頓效應的貢獻,1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.,對證實康普頓效應作出了 重要貢獻。,在同一散射角( )測量 各種波長的散射光強度，作 了大量 X 射線散射實驗。,三.康普頓散射實驗的意義,四.光子的動量,動量能量是描述粒子的, 頻率和波長則是用來描述波的,光的粒子性,一、光電效應的基本規(guī)律,小結,1.光電效應現(xiàn)象,2.光電效應實驗規(guī)律,對于任何一種金屬，都有一

12、個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應； 當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比； 光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大； 入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒.,（3）光子說對光電效應的解釋,（2）愛因斯坦的光電效應方程,三、愛因斯坦的光電效應方程,（1）光子：,二、光電效應解釋中的疑難,1.在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，如圖所示，,這時( ) A.鋅板帶正電，指針帶負電 B

13、.鋅板帶正電，指針帶正電 C.鋅板帶負電，指針帶正電 D.鋅板帶負電，指針帶負電,B,練習,2.一束黃光照射某金屬表面時，不能產(chǎn)生光電效應，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應的是( ) A.延長光照時間 B.增大光束的強度 C.換用紅光照射 D.換用紫光照射,D,3.關于光子說的基本內容有以下幾點，不正確的是( ) A.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 B.光是具有質量、能量和體積的物質微粒子 C.光子的能量跟它的頻率成正比 D.光子客觀并不存在，而是人為假設的,B,4. 能引起人的視覺感應的最小能量為10-18J，已知可見光的平均波長約為0.6m，則進入人眼的光子

14、數(shù)至少為 個，恰能引起人眼的感覺.,3,5.關于光電效應下述說法中正確的是( ) A.光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大 B.只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應 C.在光電效應中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關 D.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,D,練習,課本P39,1、在可見光范圍內，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？,在可見光范圍內，紫光的光子能量最大，因為其頻率最高。,紫光不是最亮的。,一為光強，,因為光的亮度由兩個因素決定，,二為人眼的視覺靈敏度。,在光強相同的前提下，由于人眼對可見光

15、中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠色光應最亮。,課本P39,2、在光電效應實驗中 （1）如果入射光強度增加，將產(chǎn)生什么結果？（2）如果入射光頻率增加，將產(chǎn)生什么結果？,（1）當入射光頻率高于截止頻率時，光強增加，發(fā)射的光電子數(shù)增多；,當入射光頻率低于截止頻率時，無論光強怎么增加，都不會有光電子發(fā)射出來。,（2）入射光的頻率增加，發(fā)射的光電子最大初動能增加。,課本例題P36,分析,由上面討論結果,可得：,對于一定金屬，逸出功W0是確定的，電子電荷e和普朗克常量h都是常量。,所以遏止電壓UC與光的頻率之間是線性關系,即：Uc圖象是一 條斜率為 的直線,課本例題P36,分析,由上面討論結果,可得：,遏止電壓Uc與光電子的最大初動能Ek有關,Ek越大， Uc越高；Uc為零，Ek為零，即沒有光電子,所以與遏止電壓Uc=0對應的頻率應該是截止頻率c,由以上分析可知：,根據(jù)數(shù)據(jù)作Uc圖象即可求得,遏止電壓Uc=0對應的頻率就是截止頻率c,Uc圖象是一條斜率為 的直線,課本P39,5、根據(jù)圖17.2-2所示研究光電效應的電路，利用能夠產(chǎn)生光電效應的兩種（或多種）已知頻率的光來進行實驗，怎樣測出普朗克常量？根據(jù)實驗現(xiàn)象說明實驗步驟和應該測量的物理量，寫出根據(jù)本實驗計算普朗克常量的關系式。,分析：陽極與電源負極相接,陰極與電源正極相接,測出兩種不同頻率1、2光的遏止電壓U1、U2,代入公式