2光电效应与光的量子说

1、第,2,节：光的粒子性,光是电磁波,理论证明：麦克斯韦的经典电磁场理论,实验验证：赫兹的电火花实验，发现电磁波的,速度和光速相同,其它实验证据,1,光的干涉：托马斯,杨,2,光的衍射：菲涅尔,3,光的偏振：马吕斯,用弧光灯照射擦得很亮的锌板，用导线与不带电的验,电器相连，使验电器张角增大到约为,30,度,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的,指针张角会变大,结论,锌板在射线照射下失去电子而带正电,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,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,1,存在饱和电流,当,A,接正极,K,接负极,时，控制入射光的强

2、度一,定，使,U,AK,从,0,开始增大,观察到电流表的示数一开,始增大，到某一数值后就,不再增大,这个最大电流就叫做,饱和电流,V,G,A,A,K,阳极,阴极,K,板逸出的电子向各,个方向运动，如果不加电,压，很多电子无法到达,A,板，无法形成较大电流,加上电压后，越来越,多的电子到达,A,板，电流,越来越大,但是，如果所有电子,都达到了,A,板，继续增大,电压，就无法再增大电流,V,G,A,A,K,阳极,阴极,思考,1,如果,AK,之间不加电压，电,流是否为,0,思考,2,如何才能使电流为,0,2,存在遏止电压,U,c,反向截止电压,当,A,接负极,K,接正极,时，控制入射光的强度一,定，

3、使,U,KA,从,0,开始增大,观察到电流表的示数逐渐,减小到,0,电流刚减小到,0,时对应,的,U,KA,叫做遏止电压,U,c,V,G,A,A,K,阳极,阴极,加上反向电压后，电,子受到的电场力方向与运,动方向相反，电子减速,如果反向电压足够大,电子将无法达到,A,板。临界,的电压值即为遏止电压,U,c,其中,v,c,是所有光电子的最大初速度,是光电子的最大初动能,+ + + +,一,一,一,一,一,一,E,E,F,v,U,K,A,c,2,2,1,eU,v,m,c,e,c,2,2,1,eU,v,m,c,e,I,U,c,2,O,U,黄光,强,黄光,弱,蓝光,U,c1,遏,止,电,压,饱和电流,

4、I,s,3,存在截止频率,c,当入射光的频率减小,到某一数值,c,时，无论光,的强度多大，加上怎样的,电压，都不会有光电流,这个临界频率叫做截,止频率,c,V,G,A,A,K,阳极,阴极,4,光电效应的瞬时性,当入射光的频率超过截止频率时，无论光,如何微弱，几乎在瞬间就会产生光电流。时,间间隔不超过,10,9,s,经典的理论无法解释光电效应中的一些现象,推论,1,光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏,止电压,U,c,应与光的强弱有关,实验结果：遏止电压只与光的频率有关。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,推论,2,不管光的频率如何，只要光足够强，电子都,可获得足

5、够能量从而逸出表面，不应存在截止频率,实验结果：对于不同的物体，都有相应的截止频率,推论,3,如果光很弱，电子需要很长时间才能获得逸,出表面需要的能量,实验结果：时间小于,10,9,s,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,2,电子从金属中逃逸，需要克服阻力做功,使电子脱离金属所要做的,最小,的功，叫做金,属的,逸出功,不同金属的逸出功是不同的,3,一个,电子,一瞬间,吸收,一个,光子的能量,一部分能量用来克服金属的逸出功,W,0,剩,下的表现为逸出后电子的最大初动能,E,k,即,上式即为爱因斯坦的光电效应方程,如果电子克服

6、阻力做功大于逸出功,则逸出后电子的初动能小于最大初动能,0,k,E,h,W,影响饱和电流、遏制电压、截止频率的因素,1,只要入射光频率超过截止频率，饱和电流,的大小只与单位时间内的光子数有关,2,截止频率只与金属的逸出功有关，即只与,金属的种类有关,3,遏制电压与入射光频率和逸出功有关,0,c,W,h,0,c,h,W,U,e,思考,1,同种频率的光射到同种金属上，增强,入射光时，饱和电流、遏止电压分别如何变,化,答案：饱和电流增大，遏止电压不变,思考,2,相同强度（单位时间内的能量）的单,色光射到同种金属上，增加入射光的频率时,饱和电流、遏止电压分别如何变化,答案：饱和电流减小，遏止电压增大,

7、1,外加电压和光电流的关系（同种金属,光的强弱影响,饱和,电流,光的频率影响遏制电压,I,U,c,2,O,U,黄光（强,黄光（弱,蓝光,U,c1,2,遏止电压,入射光频率,U,c,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,U,c,曲线画在,同一张图像中，会是怎样的,U,c,W,0,e,c,0,c,W,h,U,e,e,密立根设计实验，测量金属的遏止,电压与入射光频率的关系曲线，根据曲,线斜率算出普朗克常数,h,进而与普朗,克从黑体辐射得出的,h,相比较,实验结论：两种方法计算出的普朗,克常数几乎一样，从而证明了光子假说,的正确性,由于爱因斯坦提出的光子假说,

8、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,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,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波长相同的射,线外，还有比入射波长更长的射线，其波长,的改变量与散射角有关，而与入射波长和散,射物质都无关,3,康普顿散射实验的装置,晶体,光阑,X,射线管,探,测,器,X,射线谱仪,石墨体,散射物质,j,0,散射波长,4,康普顿效应的解释,经

9、典理论：光的散射不会改变光的波长和频率,光子模型解释：根据动量守恒定律，发生碰撞,后光子的动量会发生变化,光子的动量与波长存在一定的关系,发生碰撞后，光子的动量减小，即光的波长增,大,散射角不同，说明碰撞后光子的动量也不同,光的波长也不同,p,m,c,2,h,m,c,h,h,p,c,也可以从光子能量的角度解释康普顿效应,发生碰撞后，光子能量减小，因此光的,频率减小,碰撞的角度不同时，光子能量的减小也,不同，频率的减小也不同,5,康普顿效应的意义,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,康普顿于,1927,年获诺贝尔物理学奖,例,1,一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,答案,D,例,2,关于光子说的基本内容有以下几点，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,光子就是能量