光的粒子性和粒子的波动性ppt课件.ppt

1 光的粒子性 光电效应 2 17世纪明确形成了两大对立学说 牛顿 惠更斯 微粒说 波动说 19世纪初证明了波动说的正确性 由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风 19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说 光具有粒子性 对光学的研究 从很早就开始了 3 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 一 光电效应现象 4 一 光电效应现象 5 一 光电效应现象 当光线 包括不可见光 照射在金属表面时 金属中有电子逸出的现象 称为光电效应 逸出的电子称为光电子 光电子定向移动形成的电流叫光电流 6 二 光电效应的实验规律 电流表 测光电流的大小电压表 测两级之间的电压大小滑动变阻器 改变两级之间的电压大小 7 二 光电效应的实验规律 实验表明 保持光频率 光强不变 增大UAK G表中电流达到某一值后不再增大 即达到饱和值 保持光频率不变 增大光强 饱和电流增大 I O UAK Is 黄光 强 黄光 弱 8 二 光电效应的实验规律 实验结论1 1 存在饱和电流 入射光越强 饱和电流越大 单位时间内发射的光电子数越多 9 二 光电效应的实验规律 I 0 UAK Is 黄光 强 黄光 弱 UAK 0时 Is 0吗 说明了什么 10 二 光电效应的实验规律 使光电流减小到零的反向最小电压叫遏止电压 遏止电压的大小表明逸出电子的初动能大小 11 二 光电效应的实验规律 实验表明 对于一定颜色 频率 的光 无论光的强弱如何 遏止电压都是一样的 且光的频率v改变时 遏止电压也会改变 I I 黄光 强 黄光 弱 遏止电压 蓝光 U2 U1 12 二 光电效应的实验规律 实验结论2 存在遏制电压 且跟光的频率有关 与光强无关 进而说明逸出光电子的最大初动能与光频率有关 与光强无关 I U 13 二 光电效应的实验规律 实验表明 当入射光的频率减小到某一数值 c时 没有光电子发出 实验结论3 存在截止频率 当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应 14 二 光电效应的实验规律 实验表明 产生光电流的时间不超过10 9s 即光电效应发生几乎是瞬时的实验结论4 光电效应具有瞬时性 15 三 光电效应解释中的疑难 看课本思考两个问题 1 什么是逸出功 2 经典电磁理论在哪些方便与实验结论矛盾 使电子脱离某种金属所做功的最小值 叫做这种金属的逸出功 16 以上三个结论都与实验结果相矛盾的 所以无法用经典的波动理论来解释光电效应 三 光电效应解释中的疑难 实验结论 经典电磁理论 入射光的越强 饱和电流越大 强度越大 逸出的光电子数越多 光电流越大 遏止电压只与频率有关 而与强度无关 遏止电压应与入射光的强度有关 如果光较弱 只要积累足够长时间 电子获得足够能量就会形成光电子 存在截止频率 c当入射光频率低于截止频率 不能发生光电效应 光电效应具有瞬时性 能量的可以随时间积累 对比 吻合 不符 不符 不符 17 四 爱因斯坦的光电效应方程 光量子假设 光子说 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的 频率为 的光的能量子为h 这些能量子后来被称为光子 我来了 18 3 爱因斯坦的光电效应方程 或 光电子最大初动能 金属的逸出功 W0 一个电子吸收一个光子的能量h 后 一部分能量用来克服金属的逸出功W0 剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek 即 三 爱因斯坦的光量子假设 19 四 爱因斯坦的光电效应方程 3 对光电效应的实验现象解释 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 1 对于任何一种金属 都有一个极限频率 入射光的频率必须大于极限频率 才能发生光电效应 低于这个频率就不能发生光电效应 2 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随着入射光的频率增大而增大 3 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9秒 20 爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖 密立根由于研究基本电荷和光电效应 特别是通过著名的油滴实验 证明电荷有最小单位 获得1923年诺贝尔物理学奖 21 1 光电效应的实验结论是 对于某种金属 A 无论光强多强 只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B 无论光的频率多低 只要光照时间足够长就能产生光电效应C 超过极限频率的入射光强度越弱 所产生的光电子的最大初动能就越小D 超过极限频率的入射光频率越高 所产生的光电子的最大初动能就越大 AD 22 2 在光电效应实验中 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 甲光 乙光 丙光 如图所示 则可判断出 A 甲光的频率大于乙光的频率B 乙光的波长大于丙光的波长C 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 B 23 1 光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用 因而传播方向发生改变 这种现象叫做光的散射 1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时 发现散射的X射线中除有与入射线波长相同的射线外 还有比入射线波长更长的射线 四 康普顿效应 2 康普顿效应 康普顿 1892 1962 美国物理学家 24 1925 1926年 吴有训用银的X射线 0 5 62nm 为入射线 以15种轻重不同的元素为散射物质 吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年 参加了发现康普顿效应的研究工作 对证实康普顿效应作出了重要贡献 在同一散射角 测量各种波长的散射光强度 作了大量X射线散射实验 25 1 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 根据经典电磁波理论 当电磁波通过物质时 物质中带电粒子将作受迫振动 其频率等于入射光频率 所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率 康普顿效应解释中的疑难 2 光子理论对康普顿效应的解释 若光子和外层电子相碰撞 光子有一部分能量传给电子 散射光子的能量减少 于是散射光的波长大于入射光的波长 26 六 光子的能量与动量 27 频率和波长则是用来描述波动性的物理量 动量 能量 能量和动量是描述粒子性的物理量 普朗克常量h架起了粒子性和波动性之间的桥梁 1924年 德布罗意最早想到了这个问题 并且大胆地设想 对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子 17 3粒子的波动性 一 光的波粒二象性 28 德布罗意大胆地设想 波粒二象性不是光所特有的 一切实物粒子也具有波粒二象性 德布罗意波 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系 这种与实物粒子相对应的波称为德布罗意波或物质波 二 实物粒子的波动性 德布罗意公式 德布罗意法国物理学家 29 1927年G P 汤姆逊 J J 汤姆孙之子 也独立完成了电子衍射实验 与C J 戴维森共获1937年诺贝尔物理学奖 2 电子衍射实验2 电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后 也象X射线一样产生衍射现象 此后 人们相继证实了原子 分子 中子等都具有波动性 30 三 宏观实物粒子的波动性 计算结果表明 子弹的波长小到实验难以测