光电效应-光子(课件)1

赫兹1.光电效应现象：1887年赫兹首先发现光电效应现象（1）实验光电效应的规律：①任何一种金属都有一个极限频率γ0，入射光的频率必须大于γ0

，才能产生光电效应；②从入射光照射到光电子发射几乎是瞬时的；③光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光的频率增大而增大；④发生光电效应时．光电流的强度与入射光强度成正比。3、波动理论对光电效应的解释的困难：波动理论光电效应实验结果困难1光能由振幅决定，与光频率无关，只要光强足够大（不论入射光的频率多），总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应如果ν﹤ν0，无论光强有多大，都不能发生光电效应，光能应由光频率来决定困难2光强越大，电子可获得更多能量，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也应越大。即出射电子的最大初动能应该由光强来决定光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关困难3光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，几乎瞬间就产生了光电子光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难。后来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子学说．普朗克爱因斯坦4．光子说：1905年爱因斯坦提出光子说⑴光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子。光子的能量E＝hv（h为普朗克恒量)；⑵光子说可完满解释光电效应规律。⑶逸出功（W）：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力而做的功。3．爱因斯坦的光电效应方程：极限频率极限波长3.从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系。

爱因斯坦对光电效应的解释：2.电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以无须时间的累积。1.光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到极限频率：光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置OOOOOOVGAKBOOm光电效应一、光电效应的实验规律Is饱和电流光强较强IUcOU光强较弱遏止电压实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：oUaννo遏止电压与入射光频率的实验曲线3、存在截止频率（红限）对于给定的金属，当照射光频率小于某一数值（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效应。2．光电管：⑴光电管：一种可以把光信号转变为电信号的器件；⑵应用：光电自动控制,有声电影还声、光纤通信等。阴极阳极课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，验电器的指针就张开一个角度，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测2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则以下正确的是（）A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加C．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加C测3．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是（）A．入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应B．发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比C．光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大D．光电效应发生的时间极短，一般不超过10－9SB测4．对光电效应的解释，正确的是（）A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于逸出功，光电效应便不能发生了C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D．由于不同的金属的逸出功是不相同的，因此不同金属的极限频率也不相同BD测7．图为光电管工作原理，当用真空中波长为

0的光照射阴极K时，电路中有光电流，则以下说法中正确的有（）A．换用波长为

1（

1＞

0）的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．换用波长为

2（

2＜

0）的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源的电压，电路中的光电流一定增大D．将电路中电源的极性反接，电路中一定没有光电流B1.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。康普顿效应一.康普顿散射的实验装置与规律：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

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！二、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结果，具体解释如下：1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。2.若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。(碰撞过程满足动量守恒和能量守恒)3.因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。二、光子理论对康普顿效应的解释三.康普顿散射实验的意义（1）证明了爱因斯坦“光子”假说的正确性；（2）首次在实验上证实了“光子具有动量”（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。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，四、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）吴有训动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的光子的能量和动量小结1什么是康普顿效应？经典电磁理论解释康普顿效应：可以解释频率______的一般散射。无法解释波长改变和散射角的关系。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__________的结果若光子和外层电子相碰撞，散射光的波长_____。若光子和内层电子相碰撞，碰撞前后光子波长_____。波长改变和散射角有关。弹性碰撞不变变长不变小结15.康普顿散射实验的意义：（1）证明了爱因斯坦“光子”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。6.光子的能量和动量7.用可见光能否观察到康普顿散射？六、光的波粒二象性1．光具有波、粒二象性：光具有波动性，又具有粒子性。2．在微观世界中，波动性和粒子性是矛盾的统一体：①当研究个别光子的行为时。呈现的是粒子性；②当研究大量光子的连续行为时，呈现的是波动。③频率低时波动性强，频率高时粒子性强。3.所有微观粒子都具有波粒二象性。练1．光具有波粒二象性。单个光子的个别行为表现为

性，大量光子的运动规律表现为

性。当波长较大、频率较低时

较显著；波长较小、频率较高时

较显著。练2．对光的波粒二象性的说法中，正确的是（）A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著D．波长越短；其粒子性越显著粒子性波动性波动性粒子性CD练3．说明光有波动性的典型现象是光的

和

现象；光具有粒子性的典型现象是

；可见光具有波粒二象性。测1．有关光的本性的说法正确的是（）A．牛顿的微粒说、惠更斯的波动说、爱因斯坦的光子说都完满地说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指既可把光看成宏观概念上的波，也可看成微观概念的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性干涉衍射光电效应C测2．关于光的波粒二象性的下述说法中，不正确的是（）A．光既有波动性，又有粒子性B．光的波粒二象性彻底推翻了光的电磁说C．光的波粒二象性学说是把牛顿的微粒说和惠更斯的波动说相加得出的结论D．光的波粒二象性是一切微观粒子所普遍具有的二象性中的一个具体例子测3．关于光的性质，下列叙述中正确的是（）A．在其他同等条件下，光频率越高，衍射现象越容易看到B．频率越高的光粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著C．大量光子产生的效果往往显示波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性D．若让光子一个一个通过狭缝，它们将严格按照相同轨道和方向作匀速直线运动BCBC4．下列关于光的波粒二象性的叙述中，正确的是（）A．大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性B．光在传播时表现出波动性，光在跟物质作用时表现出粒子性C．频率大的光比频率小的光粒子性强，但波动性弱D．频率大的光比频率小的光粒子性强，波动性也强5．一盏电灯发光功率为100W，假设它发的光向四周均匀辐射，光的平均波长

＝6.0

10－7m，在距灯10m远处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数为多少？ABC光的反射和折射光沿直线传播光的叠加光的色散牛顿1.光的微粒说（牛顿为代表）：（1）内容：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定速度传播。（2）成功之处：光的反射和直线传播（3）困难：光在两种介质表面上同时发生反射和折射，两束光交叉相遇时会毫无障碍地相互穿过。惠更斯1.光的波动说（惠更斯为代表）：（1）内容：光是某种振动在介质中的传播，光是一种波。（2）成功之处：光在两种介质表面上同时发生反射和折射，几列波相遇后能保持自己的特性继续传播。（3）困难：光沿直线传播课1．对光的本性的认识，17纪才明确的形成了两种学说，一种是主张的微粒说：_____________________________________________________________。另一种是提出的波动说:_______________________________________________。课2．下列光的现象中，能用微粒说解释的有

，能用波动说解释的有

。A．光的反射B．光的折射C．光的直线传播D．n束光交叉相遇后,会彼此毫无妨碍地继续向前传播光是沿直线传播的高速粒子流光是某种振动在介质中的传播ACABD第二章波粒二象性一、人类对光的本性认识的历史进程：微粒说：认为光是一种粒子代表人物：牛顿

波动说：认为光是一种波代表人物：惠更斯光的电磁说：光是电磁波提出者：麦克斯韦光的微粒说：光是沿直线高速传播的粒子流。

牛顿支持微粒说。人们都认为牛顿是微粒说的代表。牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”。

易解释：光的直进性、影的形成、光的反射和折射等现象。

难解释：（1）一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射。何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢?微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难。（2）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了。光的波动说：某种振动，以波的形式向四周围传播。代表人物：是荷兰的物理学家惠更斯。易解释：（1）光的反射、折射、光的反射和折射可以同时发生。（2）两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象。难解释：光的直进性和影的形成。干涉现象：英国医生兼物理学家托马斯·杨于1801年进行了著名的杨氏干涉实验。衍射现象：法国工程师菲涅耳于1818年演示了小孔衍射。干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速发展。人类对光的本性的认识达到一个新的阶段。

1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．光的干涉一、光的干涉现象---杨氏干涉实验1、装置特点：（1）双缝很近0.1mm，（2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等，单缝双缝红滤色片S1SS2屏幕2、①要用单色光②单孔的作用：是获得点光源③双孔的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源

用狭缝代替小孔，可以得到同样清晰，但明亮得多的干涉条纹。得到相干光源：一分为二的思想激光束双缝屏屏上看到明暗相间的条纹光的干涉现象---杨氏干涉实验

1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）在实验室里成功的观察到了光的干涉．相邻两条亮纹（或暗纹）间的距离△x为：l

档板与光屏的距离,λ波长,d

两狭缝间的距离其中（l>>d）△x结论：两缝间距离越小、缝到屏的距离越大，光波的波长越大，条纹的宽度就越大。深入研究：当实验装置一定，红光的条纹间距最大，紫光的条纹间距最小。表明不同色光的波长不同，红光最长，紫光最短。如果用白光做双缝干涉实验，得到的是中央形成亮纹，两侧为彩色的干涉条纹，思考：中央亮条纹为什么是白色的？原因：1、各种色光均在中央形成亮纹，复合后为白光。2、各种色光形成的干涉条纹间距不同，所以其余亮纹错开，形成彩色干涉条纹。

一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．

取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放一个像屏．激光束调节狭缝宽窄像屏光波的衍射电磁说的提出：随着物理学各方面的发展，麦克斯韦提出了电磁波的理论，进而了光是电磁波的结论，惠更斯的波动说发展到了麦克斯韦的电磁说。光的电磁说

1、麦克斯韦根据电磁理论，发现电磁波的波速与光速相同，提出了光是一种电磁波的假说．赫兹通过实验证实了光的电磁本质，光的电磁说把光学和电学统一起来了．

2、光的颜色是由电磁波的频率决定的．不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同．同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变．在同一介质中，频率越高，波速起小．

3、电磁波与机械波的比较:

共同点：都能产生干涉和衍射现象；它们波动的频率都取决于波源的频率；在不同介质中传播，频率都不变．不同点：机械波的传播一定需要介质，其波速与介质的性质有关，与波的频率无关．而电磁波本身就是一种物质，它可以在真空中传播，也可以在介质中传播．电磁波在真空中传播的速度均为3.0×108m／s，在介质中传播时，波速和波长不仅与介质性质有关，还与频率有关．关于光的电磁说的几点强调

返回目录光电效应：19世纪末，光电效应被发现，光的波动说在光电效应面前束手无策，人们又认识到了光确实具有粒子性。爱因斯坦提出了光的量子理论---光子说.人们终于认识到光既具有波动性又具有粒子性。第一、二节光电效应光子二、光电效应与光电流：物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号由于光电效应在电路中形成的电流叫光电流。三、光电效应的规律：光电效应的实验规律：④光电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间①只有当入射光的频率高于某一频率v0时才能发生光电效应，把这一频率v0叫极限频率

②单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成正比③光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它随入射光的频率增大而增大四、波动理论对光电效应的解释的困难：波动理论光电效应实验结果困难1光能由振幅决定，与光频率无关，只要光强足够大（不论入射光的频率多），总可以使电子获得足够的能量从而发生光电效应如果ν﹤ν0，无论光强有多大，都不能发生光电效应，光能应由光频率来决定困难2光强越大，电子可获得更多能量，光电子的最大初动能也应该越大，遏止电压也应越大。即出射电子的最大初动能应该由光强来决定光电子的最大初动能、遏止电压都与光强无关，而与频率有关困难3光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长当入射光照射到光电管阴极时，无论光强怎样，几乎瞬间就产生了光电子五、量子假说光子：普朗克的量子假说：在微观世界里，物理量的取值很多时候是不连续的，只能取一些分立的值，这称为量子化现象。爱因斯坦的光子假说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量E跟光的频率ν成正比。

光子的能量E＝hν

其中h是一个常量，叫普朗克常量：

h=6.63×10－34J.s六、光电方程光子说对光电效应的解释：在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电子的最大初动能与逸出功之和：即：或这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出成为光电子所需做的功叫逸出功阅读：P32“对光电效应的解释”部分1、___________________________的现象称为光电效应，发射出来的电子叫____________

。物体在光的照射下发射电子光电子巩固练习：2、光电管的作用是把_______信号转变为______信号。由于光电管发生光电效应而在电路中形成的电流叫_________。光电光电流3、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巩固练习：5、已知铯的极限频率为4.545×1014Hz，钠为6.0×1014Hz，银为1.153×1015Hz，铂为1.529×1015Hz，当用波长为375nm的光照射它们时，可发生光电效应的是__________________。（光速c=3.0×108m/s，光速与波长、频率的关系：c=λf

）铯和钠4、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D6、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是A．光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出B．逸出的电子数一定减少C．逸出的电子数有可能增加

D．逸出的电子数有可能不变B7、下列关于光电效应的说法正确的是（

）

A．光电子的动能随照射光频率的增大而增大

B．光电子的初速度与照射光的频率成正比

C．光电子的最大初动能与照射光的频率成正比

D．光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大8、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应（）A．改用红光照射B．增大绿光的强度C．增大光电管上的加速电压D．改用紫光照射DD巩固练习：9、已知某单色光的波长为λ，在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波