科学的转折光的粒子性

科学的转折光的粒子性教学目标

知识与技能:1、通过实验了解光电效应得实验规律。2、知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3、了解康普顿效应,了解光子得动量过程与方法:经历科学探究过程,认识科学探究得意义,尝试应用科学探究得方法研究物理问题,验证物理规律。3、情感态度与价值观:领略自然界得奇妙与和谐,发展对科学得好奇心与求知欲,乐于探究自然界得奥秘,能体验探索自然规律得艰辛与喜悦。【重点难点】1、重点:光电效应得实验规律2、难点:爱因斯坦光电效应方程以及意义问题1:人类对光得本性得认识得发展过程？用弧光灯照射擦得很亮得锌板,(注意用导线与不带电得验电器相连),使验电器张角增大到约为30度时,再用与丝绸磨擦过得玻璃棒去靠近锌板,则验电器得指针张角会变大。。一、光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电表明锌板在射线照射下失去电子而带正电一、光电效应得实验规律1、什么就是光电效应

当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出得现象,称为光电效应。逸出得电子称为光电子。一、光电效应得实验规律光电子定向移动形成得电流叫光电流一、光电效应得实验规律2、光电效应实验规律(1)存在饱和电流光照不变,增大UAK,G表中电流达到某一值后不再增大,即达到饱和值。因为光照条件一定时,K发射得电子数目一定。实验表明:入射光越强,饱和电流越大,单位时间内发射得光电子数越多。阳极阴极、、:使光电流减小到零得反向电压－++++++一一一一一一v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。若光电子得最大得初动能U=0时,I≠0,因为电子有初速度则I=0,式中UC为遏止电压一、光电效应得实验规律(2)存在遏止电压和截止频率a、存在遏止电压UCEEUFKAIIsUaOU黄光(强)黄光(弱)光电效应伏安特性曲线遏止电压饱和电流一、光电效应得实验规律兰光Ub(2)存在遏止电压和截止频率阳极阴极。。实验表明:对于一定颜色(频率)得光,无论光得强弱如何,遏止电压就是一样得、光得频率

改变时,遏止电压也会改变。一、光电效应得实验规律(2)存在遏止电压和截止频率a、存在遏止电压UC光电子得最大初动能只与入射光得频率有关,与入射光得强弱无关。阳极阴极b、存在截止频率

c:对于每种金属,都相应确定得截止频率

c。

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。阳极阴极大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点实验结果:即使入射光得强度非常微弱,只要入射光频率大于被照金属得极限频率,电流表指针也几乎就是随着入射光照射就立即偏转。更精确得研究推知,光电子发射所经过得时间不超过10－9秒(这个现象一般称作“光电子得瞬时发射”)。光电效应在极短得时间内完成

一、光电效应得实验规律(3)具有瞬时性:阳极阴极勒纳德等人通过实验得出以下结论:

①对于任何一种金属,都有一个极限频率,入射光得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当入射光得频率大于极限频率时,入射光越强,饱和电流越大;③光电子得最大初动能与入射光得强度无关,只随着入射光得频率增大而增大;④入射光照到金属上时,光电子得发射几乎就是瞬时得,一般不超过10-9秒、

一、光电效应得实验规律以上三个结论都与实验结果相矛盾得,所以无法用经典得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得最小值,叫做这种金属得逸出功。光越强,逸出得电子数越多,光电流也就越大。①光越强,光电子得初动能应该越大,所以遏止电压UC应与光得强弱有关。②不管光得频率如何,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得时间才能获得逸出表面所需得能量,这个时间远远大于10S。-9√实验表明:对于一定颜色(频率)得光,无论光得强弱如何,遏止电压就是一样得、温度不很高时,电子不能大量逸出,就是由于受到金属表面层得引力作用,电子要从金属中挣脱出来,必须克服这个引力做功。二、光电效应解释中得疑难1、光子:光本身就就是由一个个不可分割得能量子组成得,频率为ν得光得能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦得光子说爱因斯坦从普朗克得能量子说中得到了启发,她提出:三、爱因斯坦得光量子假设2、爱因斯坦得光电效应方程1、光子:或——光电子最大初动能

——金属得逸出功

W0一个电子吸收一个光子得能量hν后,一部分能量用来克服金属得逸出功W0,剩下得表现为逸出后电子得初动能Ek,即:三、爱因斯坦得光量子假设3、光子说对光电效应得解释①爱因斯坦方程表明,光电子得初动能Ek与入射光得频率成线性关系,与光强无关。只有当hν>W0时,才有光电子逸出,就就是光电效应得截止频率。②电子一次性吸收光子得全部能量,不需要积累能量得时间,光电流自然几乎就是瞬时发生得。③光强较大时,包含得光子数较多,照射金属时产生得光电子多,因而饱和电流大。三、爱因斯坦得光量子假设由于爱因斯坦提出得光子假说成功地说明了光电效应得实验规律,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,因为她完全违背了光得波动理论。4、光电效应理论得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得值与理论值完全一致,又一次证明了“光量子”理论得正确。三、爱因斯坦得光量子假设爱因斯坦由于对光电效应得理论解释和对理论物理学得贡献获得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,特别就是通过著名得油滴实验,证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。思考与讨论？课本P36放大器控制机构可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自动跟踪等。四、光电效应在近代技术中得应用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、光电倍增管应用光电管光电源电流计IAK

康普顿效应科学得转折:光得粒子性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1、光得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,这种现象叫做光得散射2、康普顿效应

1923年康普顿在做X射线通过物质散射得实验时,发现散射线中除有与入射线波长相同得射线外,还有比入射线波长更长得射线,其波长得改变量与散射角有关,而与入射线波长和散射物质都无关。一、康普顿效应3、康普顿散射得实验装置与规律: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

一、康普顿效应康普顿正在测晶体对X射线得散射

按经典电磁理论:如果入射X光就是某种波长得电磁波,散射光得波长就是不会改变得！一、康普顿效应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”得假设;3、证实了在微观世界得单个碰撞事件中,动量和能量守恒定律仍然就是成立得。康普顿得成功也不就是一帆风顺得,在她早期得几篇论文中,一直认为散射光频率得改变就是由于“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。三、康普顿散射实验得意义四、光子得动量动量能量就是描述粒子得,频率和波长则就是用来描述波得光得粒子性一、光电效应得基本规律小结1、光电效应现象2、光电效应实验规律①对于任何一种金属,都有一个极限频率,入射光得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当入射光得频率大于极限频率时,光电流得强度与入射光得强度成正比;③光电子得最大初动能与入射光得强度无关,只随着入射光得频率增大而增大;④入射光照到金属上时,光电子得发射几乎就是瞬时得,一般不超过10-9秒、

(3)光子说对光电效应得解释(2)爱因斯坦得光电效应方程:三、爱因斯坦得光电效应方程(1)光子:二、光电效应解释中得疑难在演示光电效应得实验中,原来不带电得一块锌板与灵敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器得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作业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得就是()A、延长光照时间B、增大光束得强度C、换用红光照射D、换用紫光照射D作业2作业3课本P36第四题康普顿散射曲线得特点:a、除原波长

0外出现了移向长波方向得新得散射波长

。b、新波长

随散射角得增大而增大。

散射中出现

≠

0得现象,称为康普顿散射。波长得偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波长.......

0

一、康普顿效应称为电子得pton波长只有当入射波长

0与

c可比拟时,康普顿效应才显著,因此要用X射线才能观察到康普顿散射,用可见光观察不到康普顿散射。波长得偏移只与散射角

有关,而与散射物质种类及入射得X射线得波长

0无关,

c=0、0241Å=2、4110-3nm(实验值)一、康普顿效应1、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到得困难二、康普顿效应解释中得疑难①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,所以她所发射得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。2、光子理论对康普顿效应得解释二、康普顿效应解释中得疑难①若光子和外层电子相碰撞,光子有一部分能量传给电子,散射光子得能量减少,于就是散射光得波长大于入射光得波长。

②若光子和束缚很紧得内层电子相碰撞,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。

③因为碰撞中交换得能量和碰撞得角度有关,所以波长改变和散射角有关。1925—1926年,吴有训用银得X射线(

0=5、62nm)为入射线,以15种轻重不同得元素为散射物质,4、吴有训对研究康普顿效应得贡献1923年,参加了发现康普顿效应得研究工作、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、康普顿散射实验得意义3、关于光子说得基本内容有以下几点,不正确得就是()A、在空间传播得光就是不连续得,而就是一份一份得,每一份叫一个光子B、光就是具有质量、能量和体积得物质微粒子C、光子得能量跟她得频率成正比D、光子客观并不存在,而就是人为假设得练习B4、能引起人得视觉感应得最小能量为10-18J,已知可见光得平均波长约为0、6m,则进入人眼得光子数至少为

个,恰能引起人眼得感觉、练习35、关于光电效应下述说法中正确得就是()A、光电子得最大初动能随着入射光得强度增大而增大B、只要入射光得强度足够强,照射时间足够长,就一定能产生光电效应C、在光电效应中,饱和光电流得大小与入射光得频率无关D、任何一种金属都有一个极限频率,低于这个频率得光不能发生光电效应练习D