光的粒子性和粒子的波动性课件

1、光的粒子性,光电效应,1,学习交流PPT,17世纪明确形成了两大对立学说,牛顿,惠更斯,微粒说,波动说,19世纪初证明了波动说的正确性,由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风,19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性,对光学的研究,从很早就开始了 ,2,学习交流PPT,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,一、光电效应现象,3,学习交流PPT,一、光电效应现象,4,学习交流PPT,一、光电效应现象,当光线(包括不可见光)照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。,光电子定向移动形成的电流叫光电流,5,学习交流

2、PPT,二.光电效应的实验规律,电流表：测光电流的大小 电压表：测两级之间的电压大小 滑动变阻器：改变两级之间的电压大小,6,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,实验表明：保持光频率、光强不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。 保持光频率不变，增大光强，饱和电流增大,I,O,UAK,Is,黄光（强）,黄光（弱）,7,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,实验结论1： 1.存在饱和电流，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。,8,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,I,0,UAK,Is,黄光（强）,黄光（弱）,UAK=0时，Is =0吗？说明

3、了什么？,9,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,使光电流减小到零的反向最小电压叫遏止电压,遏止电压的大小表明逸出电子的初动能大小,10,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,实验表明：,对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。且光的频率v改变时，遏止电压也会改变。,I,I,黄光（ 强）,黄光（ 弱）,遏 止 电 压,蓝光,U2,U1,11,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,实验结论2：,存在遏制电压 ，且跟光的频率有关 ，与光强无关 ，进而说明逸出光电子的最大初动能与光频率有关，与光强无关,I,U,12,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,实验表明：,

4、当入射光的频率减小到某一数值c时，没有光电子发出。,实验结论3：存在截止频率，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。,13,学习交流PPT,二.光电效应的实验规律,实验表明： 产生光电流的时间不超过109s。即光电效应发生几乎是瞬时的 实验结论4：光电效应具有瞬时性,14,学习交流PPT,三.光电效应解释中的疑难,看课本思考两个问题： 1.什么是逸出功？ 2.经典电磁理论在哪些方便与实验结论矛盾？,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。,15,学习交流PPT,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。,三.光电效应解释中的疑难,实验结论

5、,经典电磁理论,入射光的越强，饱和电流越大,强度越大，逸出的光电子数越多，光电流越大,遏止电压只与频率有关，而与强度无关。,遏止电压应与入射光的强度有关。,如果光较弱，只要积累足够长时间，电子获得足够能量就会形成光电子,存在截止频率c 当入射光频率低于截止频率，不能发生光电效应,光电效应具有瞬时性,能量的可以随时间积累,对比,吻合,不符,不符,不符,16,学习交流PPT,四.爱因斯坦的光电效应方程,光量子假设：光子说,光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为h。这些能量子后来被称为光子。,我来了,17,学习交流PPT,3.爱因斯坦的光电效应方程,或,光电子最大初动能,金属

6、的逸出功,W0,一个电子吸收一个光子的能量h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：,三.爱因斯坦的光量子假设,18,学习交流PPT,四.爱因斯坦的光电效应方程,（3）对光电效应的实验现象解释：,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。,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、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； 3、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.,19,学习交流PPT

7、,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,。,20,学习交流PPT,1、光电效应的实验结论是：对于某种金属() A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小 D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大,AD,21,学习交流PPT,2、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得

8、到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示则可判断出(),A甲光的频率大于乙光的频率 B乙光的波长大于丙光的波长 C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能,B,22,学习交流PPT,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,1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射的X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。,四.康普顿效应,2.康普顿效应,康普顿(1892-1962) 美国物理学家,23,学习交流PPT,19251926年，吴有训

9、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，,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。,24,学习交流PPT,1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难,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，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。,康普顿效应解释中的疑难,2.光子理论对康普顿效应的解释,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

10、，于是散射光的波长大于入射光的波长。,25,学习交流PPT,六、光子的能量与动量,26,学习交流PPT,频率和波长则是用来描述波动性的物理量,动量：,能量：,能量和动量是描述粒子性的物理量,普朗克常量h架起了粒子性和波动性之间的桥梁,1924年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。,17.3 粒子的波动性,一.光的波粒二象性,27,学习交流PPT,德布罗意大胆地设想，波粒二象性不是光所特有的，一切实物粒子也具有波粒二象性。,德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相对应的波称为德布罗意波或物质波。,二.实物粒子的波动性,德布罗意公式：,德布罗意 法国物理学家,28,学习交流PPT,1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤姆孙之子） 也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺贝尔物理学奖。,2. 电子衍射实验2,电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象X射线一样产生衍射现象。,此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。,29,学习交流PPT,三、宏