光的粒子性(共张)

.,17.2光的粒子性,.,一光电效应现象,1、演示实验,.,（2）光电子：在光电效应中逸出的电子称为光电子。,（3）光电流：光电子定向移动形成的电流叫光电流。,2、几个概念,（1）光电效应：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。,.,二.光电效应的实验规律,1、实验装置,.,存在截止频率,2、实验发现以下规律：,入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。,存在着饱和电流,实验表明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多；,入射光越强，饱和光电流越大。,.,同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。,光照频率越高，遏止电压越高。,存在着遏止电压,光电子的能量只与入射光的频率有关。,.,光电效应具有瞬时性,当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。,精确测量表明产生电流的时间不超过109秒，即光电效应几乎是瞬时的。,.,光电效应的解释中的疑难,按照光的电磁理论，应得出以下结论：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；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；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。,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。,.,1.光子说(爱因斯坦于1905年提出),在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。即:Eh，表示光的频率，h叫普朗克常量，h6.6310-34焦耳秒,三.爱因斯坦的光电效应方程,.,2.光电效应方程,逸出功：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属,其逸出功不同。有：W0=h0,光电效应方程：EkhW0,三.爱因斯坦的光电效应方程,.,3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释,EkhW0,解释截止频率,解释饱和光电流,解释瞬时性,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。,4.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。,.,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,.,例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量,很难测Ek，怎样改成Uc与v、W0关系？提示：Ek=eUc,.,由图象求参数的方法：电源电动势和内阻（直接求参数）,.,反馈练习：,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，验电器指针张开一个角度，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、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（）A.增大入射光的强度B.增加光的照射时间C.改用黄光照射D.改用紫光照射,D,.,3、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长甲乙丙，则（）A、用三种入射光照射金属a，均可发生光电效应B、用三种入射光照射金属c，均可发生光电效应C、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应D、用入射光甲照射金属b，可能发生光电效应,A,4.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0.6m，则进入人眼的光子数至少为个，恰能引起人眼的感觉.,3,.,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,1923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，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。,四.康普顿效应,.,康普顿正在测晶体对X射线的散射,按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！,.,1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；,2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；,3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。,康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。,康普顿散射实验的意义,.,3.光子的动量,.,动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的,.,光的粒子性,一、光电效应的基本规律,小结,1.光电效应现象,2.光电效应实验规律,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，光电流的强度与入射光的强度成正比；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；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.,.,（3）光子说对光电效应的解释,（2）爱因斯坦的光电效应方程,三、爱因斯坦的光电效应方程,（1）光子：,二、光电效应解释中的疑难,四、康普顿效应,.,练习,课本P39,1、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。,一为光强，,因为光的亮度由两个因素决定，,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。,.,练习,课本P39,2、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。,.,练习,课本P39,5、根据图17.2-2所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。,分析：阳极与电源负极相接,阴极与电源正极相接,测出两种不同频率1、2光的遏止电压U1、U2,代入公式：,.,当入射光频率分别为1、2时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得,联立上两式，解得,其中e为电子的电量，测出U1与U2就可测出普朗克常量,.,实验步骤：,（1）将图17.2-2电路