3　粒子的波动性 (2).ppt

第二节光的粒子性 一 常宁一中高二物理备课组 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 结论 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 演示实验 思考讨论 在光的照射下锌板为什么会带电 3 光电子定向移动形成的电流叫光电流 1 当光线照射在金属表面时 金属中有电子逸出的现象 称为光电效应 一 光电效应 2 逸出的电子称为光电子 例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 二 光电效应的实验规律 1 存在饱和电流 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 因为光照条件一定时 K发射的电子数目一定 结论 对于一定颜色 频率 的光 入射光越强 单位时间内发射的光电子数越多 饱和电流越大 思考讨论 1 怎样才能增大电流呢 2 随着电压的增大 电路中的电流会怎么变化呢 会无限增大吗 使光电流减小到零的反向电压 一一一一一一 v 加反向电压 如右图所示 光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反 光电子作减速运动 若 最大的初动能 U 0时 I 0 因为电子有初速度 则I 0 式中UC为遏止电压 2 存在遏止电压UC U K A 思考讨论 如果A K两极加的电压为0 电路中的电流为0吗 怎样才能使电路中的电流为0呢 阴极 实验表明 对于一定颜色 频率 的光 无论光的强弱如何 遏止电压是一样的 光的频率 改变是 遏止电压也会改变 结论 光电子的能量只与入射光的频率有关 而与入射光的强弱无关 经研究后发现 3 存在截止频率 c 极限频率 对于每种金属 都相应确定的截止频率 c 当入射光频率 c时 电子才能逸出金属表面 当入射光频率 c时 无论光强多大也无电子逸出金属表面 结论 当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应 实验表明 不同金属的截止频率不同 实验结果 即使入射光的强度非常微弱 只要入射光频率大于被照金属的极限频率 电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转 更精确的研究推知 光电子发射所经过的时间不超过10 9秒 这个现象一般称作 光电子的瞬时发射 4 具有瞬时性 特别提醒 每个光子的能量 h 是否发生光电效应 照射光强度 单位时间照到单位面积上的光子数 饱和光电流强度 单位时间内发射的光电子数 决定着 决定着 决定着 决定着 照射光频率 总结归纳 光电效应的实验规律 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这个极限频率 才能发生光电效应 低于这个频率就不能发生光电效应 当入射光的频率大于极限频率时 入射光越强 饱和电流越大 光电子的能量与入射光的强度无关 只随着入射光的频率增大而增大 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 例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 例4 现有a b c三束单色光 其波长关系为 a b c 用b光束照射某种金属时 恰能发生光电效应 若分别用a光束和c光束照射该金属 则可以断定 A a光束照射时 不能发生光电效应B c光束照射时 不能发生光电效应C a光束照射时 释放出的光电子数目最多D c光束照射时 释放出的光电子的最大初动能最小 红 橙 黄 绿 蓝 靛 紫波长越来越小 频率越来越高 A 例5 如图所示 电路中所有元件完好 但光照射到光电管上 灵敏电流计中没有电流通过 其原因可能是 A 入射光太弱B 入射光波长太长C 光照时间短D 电源正负极接反 BD 课本P36 1 在可见光范围内 哪种颜色光的光子能量最大 想想看 这种光是否一定最亮 为什么 在可见光范围内 紫光的光子能量最大 因为其频率最高 紫光不是最亮的 因为光的亮度由两个因素决定 一为光强 二为人眼的视觉灵敏度 在光强相同的前提下 由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏 因此黄绿色光应最亮 2 在光电效应实验中 1 如果入射光强度增加 将产生什么结果 2 如果入射光频率增加 将产生什么结果 1 当入射光频率高于截止频率时 光强增加 发射的光电子数增多 当入射光频率低于截止频率时 无论光强怎么增加 都不会有光电子发射出来 2 入射光的频率增加 发射的光电子最大初动能增加 课本P36 17 2光的粒子性 丰县欢口中学高二物理组2010 5 24 第二节光的粒子性 二 光电效应的实验规律 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这个极限频率 才能发生光电效应 低于这个频率就不能发生光电效应 当入射光的频率大于极限频率时 入射光越强 饱和电流越大 光电子的能量与入射光的强度无关 只随着入射光的频率增大而增大 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 例1 入射光照射到某金属表面上发生了光电效应 若入射光的强度减弱 而频率保持不变 则下列说法中正确的是 A 从光照射到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B 逸出的光电子的最大初动能将减小C 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D 有可能不发生光电效应 C 1 逸出功W0 逸出功W0 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 三 经典理论解释光电效应的疑难 光的电磁理论能解释 当光照射金属表面时 电子吸收能量 若电子吸收的能量与原有的热运动能量之和超过逸出功 电子就多表面逸出 这就是光电子 光越强 逸出的电子数越多 光电流也就越大 这个结论与实验相符 2 光电效应与光的电磁理论的矛盾 2 光电效应的规律中 经典波动理论不能解释的有 A 入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应B 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光频率的增大而增大C 入射光照射到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9sD 当入射光频率大于极限频率时 光电子数目与入射光强度成正比 ABC 1 光子 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 爱因斯坦的光子说 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发 他提出 四 爱因斯坦的光电效应方程 2 爱因斯坦的光电效应方程 在光电效应中 金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h 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 或 光电子最大初动能 W0 金属的逸出功 3 光电子的动能 入射光频率 Ek 图像思考1 截距和斜率的物理意义分别是什么 思考2 如果将两种不同金属的Ek 曲线画在同一张图像中 会是怎样的 爱因斯坦方程表明 光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系 与光强无关 只有当h W0时 才有光电子逸出 就是光电效应的截止频率 电子一次性吸收光子的全部能量 不需要积累能量的时间 光电流自然几乎是瞬时发生的 对于同种颜色 频率 相同 的光 光较强时 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 4 爱因斯坦对光电效应的解释 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律 荣获1921年诺贝尔物理学奖 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应 但当时并未被物理学家们广泛承认 因为它完全违背了光的波动理论 5 光电效应理论的验证 美国物理学家密立根 花了十年时间做了 光电效应 实验 结果在1915年证实了爱因斯坦方程 h的值与理论值完全一致 又一次证明了 光量子 理论的正确 光子像其他粒子一样 也具有能量 光电效应显示了光的粒子性 例1 关于光电效应下述说法中正确的是 A 光电子的能量只与入射光的频率有关 而与入射光的强弱无关 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频率无关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 AD 例2 关于光子说的基本内容有以下几点 不正确的是 A 在空间传播的光是不连续的 而是一份一份的 每一份叫一个光子B 光是具有质量 能量和体积的物质微粒子C 光子的能量跟它的频率成正比D 光子客观并不存在 而是人为假设的 BD 例2 能引起人的视觉感应的最小能量为10 18J 已知可见光的平均波长约为0 6 m 则进入人眼的光子数至少为个 恰能引起人眼的感觉 3 例3 铝的逸出功是4 2eV 现在将波长200nm的光照射铝的表面 1 求光电子的最大初动能 2 求遏止电压 3 求铝的截止频率 康普顿效应 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 2 康普顿效应 1918 1922年 康普顿在做X射线通过物质散射的实验时 发现散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 一 康普顿效应 吴有训 康普顿正在测晶体对X射线的散射 3 康普顿用光子的模型成功的解释X射线的光子不仅具有能量 而且还有动量 X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律和动量守恒定律 如图所示 求解这些方程 可以得出散射光波长的变化值 理论结果与实验符合得很好 这样就圆满地解释了康普顿效应 康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量 康