选修3-5-光的粒子性市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

光电效应光子17.2光粒子性第1课时1/401672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1801托马斯·杨双缝干涉试验1814菲涅耳衍射试验赫兹电磁波试验1888赫兹发觉光电效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理……….光本性历史回顾2/403/40紫靛光颜色波长频率红色约625—740纳米约480—405兆赫橙色约590—625纳米约510—480兆赫黄色约565—590纳米约530—510兆赫绿色约500—565纳米约600—530兆赫青色约485—500纳米约620—600兆赫蓝色约440—485纳米约680—620兆赫紫色约380—440纳米约790—680兆赫波长λ频率ν大小低高4/40一.光电效应现象1.演示试验5/40（2）光电子：在光电效应中逸出电子称为光电子。（3）光电流：光电子定向移动形成电流叫光电流2.几个概念（1）光电效应：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出现象，称为光电效应。6/40二.光电效应试验规律试验电路疑问：光电子发射与什么原因相关呢？光电效应试验有着怎样规律？7/40二.光电效应试验规律（1）存在饱和电流光照不变，增大UAK，G表中电流增大到某一值后，即使再增大UAK，光电流也不再增大，即到达饱和值。8/40饱和电流意义：饱和电流反应是单位时间内发射光电子数。饱和电流越大，单位时间内发射光电子数越多。饱和电流光电子数9/4010/40试验表明：同种颜色入射光，光越强，饱和电流越大。说明光越强，逸出光电子越多IIsUaOU黄光（强）黄光（弱）光电效应伏安特征曲线饱和电流11/40使光电流减小到零反向电压－++++++一一一一一一加反向电压，如右图所表示：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。若最大初动能U=0时，I≠0，因为电子有初速度则全部光电子都无法抵达A极板，光电流I=0，式中UC为遏止电压一.光电效应试验规律(2)存在遏止电压vEEUFKA12/40试验表明:对于同一颜色(频率)光,不论光强弱怎样,遏止电压是一样.

光频率

增大，遏止电压也增大。一.光电效应试验规律光电效应伏安特征曲线IUaOU黄光（强）黄光（弱）遏止电压蓝光Ub遏止电压光电子最大初动能入射光频率越高，光电子最大初动能越大。与入射光强弱无关。13/40经研究后发觉：二.光电效应试验规律对于每种金属，都对应确定截止频率

c。

当入射光频率

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c时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率

<

c时，不论光强多大也无电子逸出金属表面。(3)存在截止频率14/40温度不很高时，电子不能大量逸出，是因为受到金属表面层引力作用，电子要从金属中摆脱出来，必须克服这个引力做功。使电子脱离某种金属所做功最小值，叫做这种金属逸出功W0。截止频率逸出功15/40试验结果：即使入射光强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属极限频率，电流表指针也几乎是伴随入射光照射就马上偏转。更准确研究推知，光电子发射所经过时间不超出10－9秒（这个现象普通称作“光电子瞬时发射”）。光电效应在极短时间内完成二.光电效应试验规律(4)含有瞬时性16/40勒纳德等人经过试验得出以下结论：①对于任何一个金属，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当入射光频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；③光电子最大初动能与入射光强度无关，只伴随入射光频率增大而增大；④入射光照到金属上时，光电子发射几乎是瞬时，普通不超出10-9秒.

二.光电效应试验规律17/40以上三个结论都与试验结果相矛盾，所以无法用经典波动理论来解释光电效应。光越强，逸出电子数越多，光电流也就越大。①光越强，光电子初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光强弱相关。②不论光频率怎样，只要光足够强，电子都可取得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。③假如光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟时间才能取得逸出表面所需能量，这个时间远远大于10S。-9√试验表明:对于一定颜色(频率)光,不论光强弱怎样,遏止电压是一样.三.光电效应解释中疑难经典理论认为光强度反应光能量，光越强光能量越大18/401.光子：光本身就是由一个个不可分割能量子组成，频率为ν光能量子为hν。这些能量子以后被称为光子。爱因斯坦光子说爱因斯坦从普朗克能量子说中得到了启发，他提出：四.爱因斯坦光量子假设19/402.爱因斯坦光电效应方程1.光子：或——光电子最大初动能

——金属逸出功

W0一个电子吸收一个光子能量hν后，一部分能量用来克服金属逸出功W0，剩下表现为逸出后电子初动能Ek，即：四.爱因斯坦光量子假设20/4021/402.爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0ν0EKν－W00截止频率逸出功22/403.光子说对光电效应解释②爱因斯坦方程表明，光电子初动能Ek与入射光频率成线性关系，频率越大最大初动能越大，与光强无关。③只有当hν>W0时，才有光电子逸出，就是光电效应截止频率。④电子一次性吸收光子全部能量，不需要积累能量时间，光电流自然几乎是瞬时发生。①光强较大时，包含光子数较多，照射金属时产生光电子多，因而饱和电流大。四.爱因斯坦光量子假设E光强=nhνn：单位时间打到单位面积上光子数一个电子只能吸收一个光子23/40因为爱因斯坦提出光子假说成功地说明了光电效应试验规律,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，但当初并未被物理学家们广泛认可，因为它完全违反了光波动理论。4.光电效应理论验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”试验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h值与理论值完全一致，又一次证实了“光量子”理论正确。四.爱因斯坦光量子假设24/40爱因斯坦因为对光电效应理论解释和对理论物理学贡献取得1921年诺贝尔物理学奖密立根因为研究基本电荷和光电效应，尤其是经过著名油滴试验，证实电荷有最小单位。取得1923年诺贝尔物理学奖。25/40放大器控制机构能够用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。五.光电效应在近代技术中应用1.光控继电器可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.光电倍增管26/40光电管光电源电流计IAK27/40

康普顿效应第2课时17.1科学转折：光粒子性28/401.光散射光在介质中与物质微粒相互作用,因而传输方向发生改变,这种现象叫做光散射2.康普顿效应

1923年康普顿在做X射线经过物质散射试验时，发觉散射线中除有与入射线波长相同射线外，还有比入射线波长更长射线，其波长改变量与散射角相关，而与入射线波长和散射物质都无关。一.康普顿效应29/403.康普顿散射试验装置与规律：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

一.康普顿效应30/40康普顿正在测晶体对X射线散射

按经典电磁理论：

假如入射X光是某种波长电磁波，散射光波长是不会改变！一.康普顿效应31/401.经典电磁理论在解释康普顿效应时碰到困难二.康普顿效应解释中疑难①依据经典电磁波理论，当电磁波经过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射散射光频率应等于入射光频率。②无法解释波长改变和散射角关系。32/402.光子理论对康普顿效应解释二.康普顿效应解释中疑难①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子能量降低，于是散射光波长大于入射光波长。

②若光子和束缚很紧内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，因为光子质量远小于原子质量，依据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。③因为碰撞中交换能量和碰撞角度相关，所以波长改变和散射角相关。33/401.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；2.首次在试验上证实了“光子含有动量”假设；3.证实了在微观世界单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律依然是成立。康普顿成功也不是一帆风顺，在他早期几篇论文中，一直认为散射光频率改变是因为“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，以后才认识到还要用动量守恒。康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。三.康普顿散射试验意义34/40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35/401925—1926年，吴有训用银X射线(

0=5.62nm)为入射线,以15种轻重不一样元素为散射物质，4.吴有训对研究康普顿效应贡献1923年,参加了发觉康普顿效应研究工作.对证实康普顿效应作出了主要贡献。在同一散射角()测量各种波长散射光强度，作了大量X射线散射试验。（1897-1977）吴有训三.康普顿散射试验意义36/40四.光子动量37/40动量能量是描述粒子,频率和波长则是用来描述波38/40光粒子性一、光电效应基本规律小结1.光电效应现象2.光电效应试验规律

①对于任何