科学的转折光的粒子性

科学的转折光的粒子性第1页，共31页，2023年，2月20日，星期一用弧光灯(紫外线)照射擦得很亮的锌板，(锌板用导线与不带电的验电器相连），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。表明锌板在射线照射下失去电子而带正电一.光电效应的实验规律第2页，共31页，2023年，2月20日，星期一1.什么是光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。一.光电效应的实验规律光电子定向移动形成的电流叫光电流第3页，共31页，2023年，2月20日，星期一一.光电效应的实验规律2.光电效应实验规律（1）存在饱和电流光照不变，增大UAK，G表中光电流趋向于一个饱和值。说明：光照条件一定时，K发射的电子数目一定。实验表明：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。阳极阴极第4页，共31页，2023年，2月20日，星期一：使光电流减小到零的反向电压－++++++

一一一一一一v▲若加反向电压，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。当最大的初动能▲若U=0时，I≠0，遏止电压的存在说明：光电子有初速度则I=0，式中UC为遏止电压一.光电效应的实验规律(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UCEEUFKA第5页，共31页，2023年，2月20日，星期一光的频率改变时，遏止电压也会改变。一.光电效应的实验规律(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UC这表明：光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。IIsUaOU黄光（强）黄光（弱）光电效应伏安特性曲线遏止电压饱和电流兰光Ub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.第6页，共31页，2023年，2月20日，星期一一.光电效应的实验规律(2)存在遏止电压和截止频率第7页，共31页，2023年，2月20日，星期一实验中发现，当入射光的频率减小到某一数值c时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子了。c

称为截止频率或极限频率。一.光电效应的实验规律b.存在截止频率c实验表明：不同的金属的截止频率不同。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。(2)存在遏止电压和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。第8页，共31页，2023年，2月20日，星期一实验结果：当入射光频率大于被照金属的极限频率，无论入射光怎样微弱，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。精确测量表明，产生电流的时间不超过10－9秒即光电效应几乎是瞬时的。一.光电效应的实验规律(3)具有瞬时性第9页，共31页，2023年，2月20日，星期一①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；②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；③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；④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.

一.光电效应的实验规律第10页，共31页，2023年，2月20日，星期一

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。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。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。①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。②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。③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10S。-9√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.温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。二.光电效应解释中的疑难第11页，共31页，2023年，2月20日，星期一1.爱因斯坦光子说：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为E=hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：三.爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程或——光电子最大初动能

——金属的逸出功

W0一个电子吸收一个光子的能量hν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初动能Ek，即：第12页，共31页，2023年，2月20日，星期一3.光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率有关，与光的强弱无关。只有当hν>W0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。②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。③光强较大时，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。三.爱因斯坦的光量子假设第13页，共31页，2023年，2月20日，星期一第14页，共31页，2023年，2月20日，星期一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。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。三.爱因斯坦的光量子假设第15页，共31页，2023年，2月20日，星期一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。第16页，共31页，2023年，2月20日，星期一思考与讨论？课本P33第17页，共31页，2023年，2月20日，星期一应用光电管:光信号转成电信号光电源电流计IAK

可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。第18页，共31页，2023年，2月20日，星期一

康普顿效应17-1科学的转折：光的粒子性第19页，共31页，2023年，2月20日，星期一1.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，这个现象称为康普顿效应。一.康普顿效应第20页，共31页，2023年，2月20日，星期一1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难二.康普顿效应解释中的疑难无法解释波长改变和散射角关系。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，所以振动着的带电微粒所发射的散射光频率应等于入射光频率。第21页，共31页，2023年，2月20日，星期一2.康普顿用光子的模型成功解释了康普顿效应二.康普顿效应解释中的疑难

x射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动量，x射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒和动量守恒，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化值。理论与实验符合得很好。光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子具有能量，后者表明光子除了能量之外还有动量。第22页，共31页，2023年，2月20日，星期一四.光子的动量第23页，共31页，2023年，2月20日，星期一1.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。三.康普顿散射实验的意义第24页，共31页，2023年，2月20日，星期一康普顿效应康普顿效应康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。第25页，共31页，2023年，2月20日，星期一1925—1926年，吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射线,以15种轻重不同的元素为散射物质，4.吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了重要贡献。在同一散射角()测量各种波长的散射光强度，作了大量X射线散射实验。（1897-1977）吴有训三.康普顿散射实验的意义第26页，共31页，2023年，2月20日，星期一光的粒子性一、光电效应的基本规律小结①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；②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；③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；④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.

表明“光子具有动量”二、康普顿效应第27页，共31页，2023年，2月20日，星期一练习课本P391、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。第28页，共31页，2023年，2月20日，星期一练习课本P392、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。第29页，共31页，2023年，2月20日，星期一练习课本P395、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