17.2光的粒子性.ppt

17 2光的粒子性 毕节一中刘家荫 织金洞 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 18世纪末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 光具有波粒二象性 对光的研究 从很早就开始了 一 光电效应 1887年赫兹发现 P30 紫外线 现象 验电器指针张开的角度先变小为零后变大 说明了 锌板在紫外线照射下能发射电子 一 光电效应 1887年赫兹发现 1 光电效应定义 在光的照射下 金属中有电子发射的现象 称为光电效应 发射出的电子称为光电子 P30 3 光强度 单位时间内照射到单位面积上光的能量 2 光电流定义 光电子形成的电流 4 逸出功W0 使电子成为光电子所做功的最小值 叫做这种金属的逸出功 1 存在饱和电流 Ic 光照不变 增大UAK G表中电流达到某一值后不再增大 即达到饱和值 二 光电效应的实验规律 入射光越强 饱和电流越大 v 2 存在遏止电压 UC U K A 遏止电压越大 说明光电子逸出的最大初动能越大 1 遏止电压 使光电流减小到零的反向电压 I O U 黄光 强 黄光 弱 2 光电流与电压的关系 遏止电压 蓝光 I O U 黄光 强 黄光 弱 2 光电流与电压的关系 遏止电压 蓝光 结论 对于同一颜色 频率 的光 遏止电压相同 与光的强度无关 入射光的频率 变大遏止电压变大 反之亦然 3 存在截止频率 极限频率 紫外线 3 不同金属的截止频率不同 P32 1 截止频率 刚好能发生光电效应时入射光的频率 锌板 2 当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应 产生光电流的时间不超过10 9秒 与光照强度无关 光电效应几乎是瞬时的 4 具有瞬时性 光电效应实验规律小结 存在饱和电流Ic 入射光越强 饱和电流越大 存在遏止电压UC UC随入射光的频率增大而增大 而与入射光的强度无关 存在截止频率Vc 极限频率 入射光的频率必须大于这个频率 才能发生光电效应 不同金属截止频率不同 瞬时性 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 经典电磁理论观点 光的能量是由光的强度 振幅 决定的 与频率无关 且光的能量是连续的 光越强 逸出的电子数越多 光电流也就越大 发生光电效应时 入射光越强 饱和电流越大 光越强 光电子的初动能应该越大 所以遏止电压UC应与光的强弱有关 遏止电压与光的强度无关 只与光的频率 有关 且V增大Uc增大 不管光的频率如何 只要光足够强 电子都可获得足够能量从而逸出表面 不应存在截止频率 当入射光的频率低于截止频率时 不能发生光电效应 如果光很弱 按经典电磁理论估算 电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量 这个时间远远大于10 9s 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 相符 矛盾 矛盾 矛盾 在空间传播的光 电磁波 是不连续的 而是一份一份的 每一份光的能量子称为一个光子 2 光子 三 爱因斯坦光电方程 3 爱因斯坦的光电方程 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最大初动能Ek 即 1 光子说 爱因斯坦光电效应方程 4 用光电方程解释光电效应规律 1 由Ek h W0 eUC可知存在遏止电压 且UC只与光的频率有关 2 如果 hv W0不能发生光电效应 即 存在截止频率 极限频率 且有关系vc W0 h 3 只要一个光子能量大于金属的逸出功 电子就会从金属表面脱离 于是 只需光照射到金属表面就会产生光电流 无需时间积累 因此 该过程是瞬时的 与照射光的强度无关 4 光强越大 照射产生的光电子越多 饱和电流越大 四 对光电方程的理解 1 W0 逸出功由材料决定 2 要发生光电效应 要求即要求 叫极限频率 极限频率是发生光电效应的最小频率 爱因斯坦光电方程 hv W0 1 在演示光电效应的实验中 原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连 用弧光灯照射锌板时 验电器的指针就张开一个角度 如图所示 这时 A 锌板带正电 指针带负电B 锌板带正电 指针带正电C 锌板带负电 指针带正电D 锌板带负电 指针带负电 B 2 一束黄光照射某金属表面时 不能产生光电效应 则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是 A 延长光照时间B 增大光束的强度C 换用红光照射D 换用紫光照射 D 3 关于光电效应下述说法中正确的是 A 光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大B 只要入射光的强度足够强 照射时间足够长 就一定能产生光电效应C 在光电效应中 饱和光电流的大小与入射光的振幅无关D 任何一种金属都有一个极限频率 低于这个频率的光不能发生光电效应 D 4 对爱因斯坦光电效应方程Ek h W0 下面的理解正确的有 A 用同种频率的光照射同一种金属 那么从金属中逸出的所有光电子都具有同样的初动能B 式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C 逸出功W0和极限频率 c之间应满足关系式W0 h cD 光电子的最大初动能和入射光的频率成正比 C 5 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 c A 当用频率低于 c的单色光照射该金属时 一定能产生光电子B 当用频率为2 c的单色光照射该金属时 所产生的光电子的最大初动能为h cC 在照射光的频率 大于 c的条件下 若 增大 则逸出功W0也随之增大D 在照射光的频率 大于 c的条件下 若 增大一倍 则光电子的最大初动能也增大一倍 解析 逸出功W0和极限频率的关系是W0 h c 当入射光频率为2 c时 根据光电效应方程 Ek h 2 c W0 h c 因此B正确 逸出功是金属本身的性质 与入射光频率无关 光电子的最大初动能Ek h W0 是关于频率的一次函数 但不是正比例函数 本题只选B B 6 如图 当电键S断开时 用光子能量为2 5eV的一束光照射阴极K 发现电流表读数不为零 合上电键 调节滑线变阻器 发现当电压表读数小于0 60V时 电流表读数仍不为零 当电压表读数大于或等于0 60V时 电流表读数为零 由此可知阴极材料的逸出功为 A B C D A 1 9eV 0 6eV 2 5eV 3 4eV 例题 下表是按照密立根的方法进行实验时得到的某金属的Uc和v的几组数据 试作出Uc v图象并通过图象求出 1 这种金属的载止频率 2 普朗克常量 教材 P34 解 以频率v为横轴 以遏止电压Uc为纵轴 根据表中数据选取消适当比例 描点后作直线拟合这些点 得到Uc v图象如图所示 1 求这种金属的载止频率 Uc 图象是一条斜率为的直线 2 求普朗克常量h 五 康普顿效应 阅读教科书P35 思考 学 1 什么叫光的散射 3分钟 2 什么叫康普顿效应 康普顿效应 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 用X射线照射碳墨时 发现散射光线有比入射光线波长更长的射线 这个现象称为康普顿效应 二 康普顿效应 一 光的散射 根据经典电磁波理论 由于光是电磁振动的传播 入射光引起物质内部带电微粒的受迫振动 振动着的带电微粒从入射光吸收能量 并向四周辐射 这就是散射光 散射光的频率应该等于带电粒子受迫振动的频率 也就是入射光的频率 这与实验事实不符 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到了困难 光子说能对康普顿效应进行解释 1 康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果 2 光子不仅有能量还有动量 3 用动量守恒定律和能量守恒定律可以完美地解释康普顿效应 三 光子的能量和动量 动量 能量是用来描述粒子的 频率 波长则是用来描述波的 1 能量 2 动量 P35 P36 问题与练习 1 2 3 4 5 6 小结 1 光电效应 2 光电效应规律 存在饱和电流Ic 入射光越强 饱和电流越大 存在遏止电压UC UC随入射光的频率增大而增大 而与入射光的强度无关 存在截止频率Vc 极限频率 入射光的频率必须大于这个频率