光的粒子性课件(3课时).ppt

复习：普朗克的能量子说,黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量,但在1887年赫兹在做电磁实验时，偶然发现了一个后来被称作光电效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难。,光的干涉,光的衍射,光的偏振,光是一种电磁波！,2科学的转折：光的粒子性,17.2光的粒子性,一、光电效应（实验）,二、光电效应的规律,三、波动理论在解释光电效应时的矛盾,四、光子说,爱因斯坦光电效应方程,五、康普顿效应,光电效应实验,光电子：在光的照射下物体发射出来的电子,1、是否光照射到一切物体上都会发生光电效应？光电效应有何规律？,2、光照射到物体上为何会发生光电效应？什么条件下才能发生光电效应现象？,一、光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象,问题：,照射的光可以是可见光，也可以是不可见光,e,uc1,uc2,研究光电效应的规律,光电子定向移动形成的电流。,光电流：,饱和光电流：,光电子全部定向移动形成的电流。,规律一：光电效应存在饱和电流入射光越强，饱和电流越大；即单位时间内发射的光电子数越多。,二、光电效应的基本规律,规律二：光电效应存在遏止电压Uc，当反向电压大于等于Uc时光电流减小到零。,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.,任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。不同金属的截止频率不同。,规律三：,规律四：光电效应具有瞬时性。,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，电流表指针几乎都是入射光照射时就立即偏转。,更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过109秒。,二、光电效应规律,（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应*（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（t10-9秒）*（4）当入射光频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光强度成正比,入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。,光电效应规律,经典理论的解释,任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效,当电子吸收的能量大于逸出功时，入射光越强，单位时间内逸出的光电子数越多。,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。,若光很弱，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。,三、经典理论解释光电效应的疑难,第二课时,四、光子说,1、光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量E跟光的频率成正比E=h,能量守恒,光电效应方程,2、光电效应方程,（1）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使表格内哪些金属发生光电效应?,（2）表中哪种金属最易发生光电效应?,（3）为什么各种金属的极限频率不同?,逸出功与材料有关,光的频率,入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。,光电效应规律,光子理论的解释,任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效,3、爱因斯坦方程对光电效应的解释,光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，光电流越大.（）,（由频率决定）,产生光电效应条件,（截止频率）,一个光子携带的能量一次性被一个电子吸收，若，电子立即逸出，无需时间积累。,最大初动能,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。,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。,密立根的实验：测量金属的遏止电压UC与入射光频率，由此算出普朗克常数h。,作出UC-图象。,证明：,5.5,6,6.5,7,5,4.5,4.0,v/1014Hz,求普朗克常数h,这种金属的截止频率C,vc,W0/e,横轴截距：,纵轴截距：,斜率：,关键词辨析,光子的能量光的强度光电子的最大初动能光电流的强度,搞清两个概念,问1：“光电子的最大初动能大，光电子就跑得快；光电子跑得快，光电流就强”。这话对不对？,答：不对。“快”与“不快”不等同光电流强与不强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还是不强。电流的强弱，取决于单位时间里通过导体截面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电荷间的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与单个电子跑得快不快的概念是不同的。,问2：“光的强度由光子数的多少决定”你怎样理解这话的含意？,答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对于频率已经确定为的单色光，每个光子的能量为Eh，如果每秒照射到垂直于光传播方向的单位面积上的光子数为N，则光的强度INh。式中与h都已确定，则I仅由N决定。如果不是单色光，频率就不只一个，情况就复杂一些，光强需由光子数和频率共同决定。,光电效应,1定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。,2光电效应规律,一、光电效应,二、光子说,1内容：在空间中传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子,2光子能量（与频率成正比）,3爱因斯坦光电效应方程：,W：逸出功(电子逃离原子所需能量）,Ek：光电子的动能,解（1）,（2）,（3）,例2、氢氖激光器发射出波长为663nm的单色激光，则一个激光光子的能量是多少？若激光器的功率是18mW，则每秒发射多少个光子？,3、入射光照射到某金属表面上，发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将将显增加B逸出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,第三课时,1、（1）如图，一静电计与锌板相连，用一紫外线灯照射，指针张开一个角度。此时静电计带电。用一个带负电的金属小球与锌板接触，则静电计指针张角将如何变化？,（3）使静电计指针归零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，指针没有张开，那么再用强度更大的红光照射锌板，指针是否张开？,（2）使静电计事先带上负电荷，再用紫外线照射，则指针张角如何变化？,（4）初，用紫外线照射。若想使锌板上逃逸出的光电子的最大初动能增大，可采用的方法是（）A。加大紫外线的照射强度B。改用红外线C。改用紫光D。改用X射线（伦琴射线）,2.如图所示是两种金属的光电子最大初动能与入射光频率的关系图线,从图中可以看出:,A.金属a的逸出功比金属b的逸出功小,B.同一色光照射下,金属a逸出的光电子的最大初动能比金属b逸出的光电子的最大初动能大,C.要获得相等的最大初速度的光电子,照射金属a的光的频率比照射金属b的光的频率大.,D.无论换用什么金属做实验,图线的斜率不变,ABD,3、（1）已知金属铯的极限波长为0.663m，则相应的极限频率是多少？逸出功是多少？（2）若用0.5m的光照射，光电子的最大初动能是多大？,2、一激光器发光功率是P，发出的激光在折射率为n的介质中的波长为，已知光在真空中的速度为c，普朗克常量为h，求：（1）该激光在真空中波长（2）一个激光光子的能量大小（3）该激光器在t时间内发射出几个光子？,3、光在真空中的波长为，速度为c，普朗克常量h，现让光以入射角1由真空射入水中，折射角为2，则（）A21B、光在水中的波长为C、每个光子在水中的能量为D每个光子在水中能量为hc/,A.H.Conpton康普顿,(1892-1962)美国物理学家,A.H.Conpton康普顿,光阑,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的现象。,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射线中除有与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分，这个现象称为康普顿效应。,2、康普顿效应,3、经典电磁理论的困难,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。,4、光子理论对康普顿效应的解释,康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的,子能量几乎不变，波长不变。,小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远,.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，,是散射光的波长大于入射光的波长。,部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于,.若光子和外层电子相碰撞，光子有一,结果，具体解释如下：,5、康普顿散射实验的意义,（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。,康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。,6、光子的动量,一定的质量m与一定的能量E相对应：,一个光子的能量：,光子的质量：,m是相对论质量，光子不能静下来，没有静止质量,光子的动量：,又因为：,所以：,c,光子的动量和光子能量的比较：,与是描述粒子性的，、是描述波动性的，h则是连接粒子和波动的桥梁,我国物理学家吴有训在与康普顿共同研研究,A.H.Conpton康普顿,(1892-1962)美国物理学家,2、存在着遏止电压和截止频率,使光电流减小到零的反向电压,加反向电压，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，I0，,因为电子有初速度,则I=0，式中UC为遏止电压,单色光,阳极,阴极,我们来看如图所示的实验：,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.,当图中电流表G的读数为0时，伏特表V的读数就是下式中的“Uc”。,阳极,阴极,光电子的能量只与入射光的频率有关。,科学家曾做过类似于左图的实验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。,任何一种金属，都有一个截止频