17.2《科学转折：光粒子性》课件-新人教选修3-5

1、物理问题：1888年，霍尔瓦克斯发现带负电的金属板在紫外线照射下会放电。将近10年后，汤姆森在1897年发现了电子。这时，人们意识到它们是从金属表面发射出来的电子。后来，这些电子被称为光电子，相应的效应被称为光电效应。当人们解释光的完美理论(光涨落，电磁理论)时会发生什么？光电效应光子，第2节(2课时)，第1课，问题1:回顾以前的研究，总结人类对光的本质理解的发展过程？用弧光灯照射抛光后的锌板，(注意用电线连接不带电荷的验电器)，这样当验电器的张角增加到30度左右时，再用擦丝的玻璃棒接近锌板，验电器的指针张角会变大。1.光电效应，表明锌板在射线照射下失去电子并带正电。定义：物体在光(包括不可见

2、光)照射下发射电子的现象称为光电效应。发射的电子被称为光电子。1.什么是光电效应？当光线照射在金属表面时，有电子从金属中逃逸出来，这就是所谓的光电效应。逸出的电子被称为光电子。应时窗口，当光线通过应时窗口照射在阴极上时，电子逃逸-光电子。光电子在电场的作用下形成光电流。2。光电效应实验规则，1。光电效应实验，如果反转开关，电场反转，光电子在离开阴极后会受到反向电场的阻碍。当在钾和铝之间施加反向电压时，光电子与电场力相反。当电压达到某个值Uc时，光电流仅为0。Uc被称为停止电压。抑制电压，I，Uc，O，U，弱光强度，光电效应伏安特性曲线，光电效应实验装置，抑制电压，I，I，s，U，a，O，U，强

3、光强度，弱光强度，光电效应伏安特性截止频率c为极限频率，每种金属材料都有一个确定的截止频率c。当入射光的频率为c时，电子可以从金属表面逃逸；当入射光频率为c时，无论光强有多强，都没有电子从金属表面逸出。光电效应是瞬间的。从光照射到光电逃逸需要10-9秒。经典理论不能解释光电效应的实验结果。根据经典电磁理论，入射光强度越大，光波电场强度的振幅越大，作用在金属中电子上的力越大，光电子逸出的能量越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强的增加而增加，而不应该与入射光的频率有关，更不要说有任何截止频率了。光电效应实验表明，饱和电流不仅与光强有关，还与频率有关，光电子的初始动能也与频率有关。只要频率高于极

4、限频率，即使光强很弱也有光电流；当频率低于极限频率时，无论光强有多强，都没有光电流。光电效应是瞬时的。经典理论认为光能分布在波面上，吸收能量需要时间，即需要能量的积累过程。为了解释光电效应，爱因斯坦在能量假说的基础上提出了光子理论和光量子假说。爱因斯坦的光量子假说1。内容：光不仅在发射和吸收时以能量为h的粒子形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，具有频率的光是由大量能量为h的光子组成的粒子流，这些光子以光速c沿着光的传播方向运动。在光电效应中，金属中的电子吸收光子的能量，其中一部分被电子功函数A消耗，另一部分在光电子逃逸后成为动能Ek。从能量守恒，我们可以得到：2。爱因斯坦光电效应方程

5、；3.从方程可以看出，光电子的初始动能与照射光的频率成线性关系；4.从光电效应方程出发，当初始动能为零时，可以得到极限频率；爱因斯坦对光电效应的解释：1 .光线很强，释放出许多光子和光电子，所以光电流也很大。2.只要电子吸收一个光子，它们就能从金属表面逃逸，所以不需要积累时间。爱因斯坦的光子假说成功地解释了光电效应的实验规律，并获得了1921年的诺贝尔物理学奖。爱因斯坦的光子假说成功地解释了光电效应，但当时并没有被物理学家广泛认可，因为它完全违背了光的波动理论。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光电效应实验。这个结果证实了1915年的爱因斯坦方程。H值与理论值完全一致，这再次证

6、明了“光量子”理论的正确性。爱因斯坦因其对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献而获得1921年诺贝尔物理学奖。密立根通过研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明了电荷具有最小的单位。1923年获得诺贝尔物理学奖。可用于自动控制、自动计数、自动报警、自动跟踪等。4.光电效应在现代技术中的应用。光控继电器可将弱光和光电流以高灵敏度放大105，108倍，用于工程、天文、科学研究和军事。2。光电倍增管，应使用光电管、灯、电源、电流计、I、A、K、康普顿效应，第2、1课。光散射、介质中的光和物质粒子发现不仅有与入射光线波长相同的光线，还有比入射光线波长更长的光线。波长的变化与散射角有关，

7、但与入射光线波长和散射物质无关。1.康普顿散射的实验装置和定律：晶体，光阑，探测器，0，散射波长。康普顿正在测量晶体对x射线的散射。根据经典电磁理论，如果入射的x射线是某一波长的电磁波，散射光的波长就不会改变！康普顿散射曲线的特征如下：1 .除了原来的波长0，新的散射波长向长波方向移动。新波长随着散射角的增加而增加。散射中的0现象称为康普顿散射。这种波长偏移被称为电子的康普顿波长。康普顿效应只有在入射波长0与碳相当时才显著，因此康普顿散射只能用x光观察，而不能用可见光观察。波长偏移仅与散射角有关，而与散射材料的种类和入射x光的波长无关，c=0.0241=2.4110-3纳米(实验值)。经典电磁

8、理论在解释康普顿效应时不能解释波长变化与散射角的关系。入射光频率应等于入射光频率。它的频率等于入射光的频率，因此当它散射并穿过物质时，物质中的带电粒子将被迫振动。1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过时，光子理论解释康普顿效应，康普顿效应是光子和电子之间的弹性碰撞，具有几乎恒定的子能量和恒定的波长。小于原子质量。根据碰撞理论，在碰撞前后，光和光子将与整个原子交换能量。因为光子质量很远。如果光子与紧密结合的内部电子碰撞，散射光的波长大于入射光的波长。部分能量传递给电子，散射光子的能量减少。1.如果光子与外层电子碰撞，光子就有一个。结果解释如下：3 .因为碰撞中交换的能量与碰撞角有关，所以波长变化与散射角有关。用光子理论解释康普顿效应，以及康普顿散射实验的意义，(1)强烈支持爱因斯坦的“光量子”假说；(2)光子具有动量的假设首次被实验证明。(3)证明了动量和能量守恒定律在微观世界的单次碰撞事件中仍然有效。康普顿的成功并不顺利。在他早期的论文中，他总是认为散射光频率的变化是由于“混合了某种荧光辐射”；在计算中，首先只考虑能量守恒，然后才意识到需要动量守恒。康普顿获得了1927年的诺贝尔物理学奖。康普顿，1927年获得诺贝尔物理学奖，(1892-1962)，美国物理学家。在1