光的粒子性公开课

1、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,对光的研究,从很早就开始了 ,复习：普朗克的能量子说,黑体在辐射或吸收能量时，是一份一份地辐射或吸收的，每一份叫做一个能量子，每一个能量子的能量,第十七章 波粒二象性,第二节 光的粒子性,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,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

2、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，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

3、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.,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,2、存在着遏止电压和截止频率,科学家曾做过类似于左图 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

4、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”）。,光电效应在极短的时间内完成,光电效应实验规律小结,入射光越强，饱和电流越大。 光电子的最大初动能(或遏止电压UC)与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大。 表明存在截止频率（极限频率）。入射光的频率必须大于这个频率，才能发生光电效应。不同金属截止频率不同。 入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不

5、超过10-9秒。,经典电磁理论观点: 光的能量是由光的强度决定的,与频率无关。光的能量是连续的。,三、光电效应解释中的疑难,光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大,发生光电效应时，入射光越强，饱和电流越大,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,对一定频率的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的。光的频率 改变时会改变;光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,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,当入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应,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

6、需的能量，这个时间远远大于10-9s,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,相符,矛盾,矛盾,矛盾,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。,每种金属都有自己一定的逸出功W0,光照到金属表面，电子吸收能量，当具有的能量大于金属的逸出功W0 ，就可能从表面飞出成为光电子。,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,四、爱因斯坦的光电效应方程,（1）

7、光子：,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：,入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。,光电效应规律,光子理论的解释,任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效,（3）爱因斯坦方程对光电效应的解释,光强越大，光子数目越多，即单位时间内产生光电子数目越多，光电流越大. （ ）,（由频率决定）,产生光电效应条件,（截止频率）,一个光子携带的能量 一次性被一个电子吸收，若 ，电子立即逸出，无需时间积累。,最大初动能,思考与讨论,？,课本P33,练习,课

8、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P34,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,Ek越大， Uc越高；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,A.H.Conpton康普顿,(1892-1962)美国物理学家,A.H.Conpton康

9、普顿,（五）,一、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。,1918-1922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0相同的射线外，还有比入射线波长0更长的射线，这个现象称为康普顿效应。,二、康普顿效应,根据经典电磁波理论，由于光是电磁振动的传播，入射光引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光。 散射光的频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射光的频率。这与实验事实不符。,经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到了困难。,光子理论对康普顿效应的解释,1.康普顿效应

10、是光子和电子作弹性碰撞的结果。,2.光子不仅有能量还有动量。,3.用动量守恒定律和能量守恒定律可以完美地解释康普顿效应。,康普顿散射实验的意义,（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” 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、效应具有瞬时性,1