17.2-光的粒子性 2课件

1、第二节 光的粒子性,光究竟是什么,两个人物：牛顿为代表的微粒说 惠更斯为代表的波动说,？,一、光电效应现象,点击演示：光电效应实验：,用紫外线照射锌板现象,可清楚看到： 灵敏验电器指针张开,金属在光（包括不可见光）的照射下，从表 面逸出电子的现象叫,光电效应,发射出来的电子叫,光电子,光电子定向移动形成的电流叫光电流,在紫外线的照射下，有电子从锌板飞出，锌板带了正电。,2、存在着遏止电压和截止频率,下面我们来继续探讨 二、光电效应的基本规律,3、效应具有瞬时性,1、存在着饱和电流,1、存在着饱和电流,实验表明： 入射光越强，饱和电流越大； 入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。,光照不变，

2、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发射的电子数目一定。,单色光,阳极,阴极,2、存在着遏止电压和截止频率,使光电流减小到零的反向电压,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,最大的初动能,U=0时，I0，,因为电子有初速度,则I=0，式中UC为遏止电压,我们来看如图所示的实验：,实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。,当图中电流表G 的读数为0时，伏特表V的读数就是下式中的“Uc”。,阳极,阴极,科学家曾做

3、过类似于左图 的实验，他们用不同的单色光照射某种金属，看看哪些频率的光照射时能产生光电效应。再用不同的单色光照射别的金属，又看看哪种频率的光照射时产生光电效应。,任何一种金属，都有一个截止频率，入射光的频率必 须大于这个截止频率才能产生光电效应，低于这个频 率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。不 同金属的截止频率不同。,经研究后发现：,3、效应具有瞬时性,实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。,更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过109 秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。,光电效应几乎是

4、瞬时发生的,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,逸出功W0,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。,光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。,不管光的频率如何，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。,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的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10 S。,-9,实验表明:对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.,温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，

5、电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。,光的电磁理论观点,四、爱因斯坦的光电效应方程,（1）光子：,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。,爱因斯坦的光子说,爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：,（2）爱因斯坦的光电效应方程,或,光电子最大初动能,金属的逸出功,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：,（3）光子说对光电效应的解释,爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hW0时，才有光电子逸出， 就是光电

6、效应的截止频率。,电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。,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。,思考与讨论,？,课本P34,练习,课本例题P34,分析,由上面讨论结果,可得：,对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷e和普朗克常量h都是常量。,所以遏止电压UC与光的频率之间是线性关系,即：Uc图象是一 条斜率为 的直线,练习,课本例题P35,分析,由上面讨论结果,可得：,遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关,Uc为零，Ek为零，即没有光电子,所以与遏止电压Uc=0对应的频率应该是截止频率c,由以上分析可知：,根

7、据数据作Uc图象即可求得,遏止电压Uc=0对应的频率就是截止频率c,Uc图象是一条斜率为 的直线,康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖,(1892-1962)美国物理学家,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,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，发现散射的X 射线中除有与入射波长相同的成分外，还有比入射线波长更长的成分，这个现象称为康普顿效应。,五、康普顿效应,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！,遇到的困难,经典电磁理论在解释康普顿效

8、应时,2. 无法解释波长改变和散射角的关系。,射光频率应等于入射光频率。,其频率等于入射光频率，所以它所发射的散,过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，,1. 根据经典电磁波理论，当电磁波通,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,子能量几乎不变，波长不变。,小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远,2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，,是散射光的波长大于入射光的波长。,部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于,1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一,结果，具体解释如下：,4.康普顿散射实验的意义,（1）有力地支持了爱因斯坦

9、“光量子”假设；,（2）首次在实验上证实了“光子除了具有能量之外 还有具有动量” 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。,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。,19251926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，,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。,六、光子的能量和动量,动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的,本节课小结,光的粒子性,一、光电效应现象,二、光电效应的基本规律,2、存在着遏止电压和截止频率,3、光电效应具有