2018-2019學年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.2 光的粒子性課件 新人教版選修3 .ppt

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第十七章波粒二象性第2節(jié)光的粒子性,問題：回顧前面的學習，總結人類對光的本性的認識的發(fā)展過程？,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。。,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,一、光電效應的實驗規(guī)律,當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。,光電子定向移動形成的電流叫光電流,1、什么是光電效應,2、光電效應實驗規(guī)律,（1）存在飽和電流,光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。,因為光照條件一定時，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。,實驗表明：入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)越多。,：使光電流減小到零的反向電壓,－,,,++++++,一一一一一一,v,加反向電壓，如右圖所示：,光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若,最大的初動能,U=0時，I≠0，,因為電子有初速度,則I=0，式中UC為遏止電壓,,(2)存在遏止電壓和截止頻率,a.存在遏止電壓UC,,,U,K,A,,,,,I,I,s,U,a,O,U,黃光（強）,黃光（弱）,光電效應伏安特性曲線,遏止電壓,,飽和電流,,,,蘭光,U,b,(2)存在遏止電壓和截止頻率,實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率?改變是，遏止電壓也會改變。,(2)存在遏止電壓和截止頻率,a.存在遏止電壓UC,光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。,經研究后發(fā)現(xiàn)：,b.存在截止頻率?c,對于每種金屬，都相應確定的截止頻率?c。,當入射光頻率?>?c時，電子才能逸出金屬表面；,當入射光頻率?W0時，才有光電子逸出，就是光電效應的截止頻率。,②電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。,③光強較大時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產生的光電子多，因而飽和電流大。,由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。,愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。,4、光電效應理論的驗證,美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,思考與討論,？,,,可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。,1、光控繼電器,,可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。,2、光電倍增管,四、光電效應在近代技術中的應用,應用,光電管,,,,,,,,,,,,,,,,,,,光,電源,,,,,電流計,,,I,A,K,1、光的散射,光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射,1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長和散射物質都無關。,四、康普頓效應,2、康普頓效應,3、康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：,晶體,光闌,探測器,?0,散射波長?,康普頓正在測晶體對X射線的散射,按經典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！,康普頓散射曲線的特點：,a.除原波長?0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長?。,b.新波長?隨散射角的增大而增大。,散射中出現(xiàn)?≠?0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。,波長的偏移為,稱為電子的Compton波長,只有當入射波長?0與?c可比擬時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。,波長的偏移只與散射角?有關，而與散射物質種類及入射的X射線的波長?0無關，,?c=0.0241=2.41?10-3nm（實驗值）,1、經典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難,①根據(jù)經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。,②無法解釋波長改變和散射角關系。,五、康普頓效應解釋中疑難,2、光子理論對康普頓效應的解釋,①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。,②若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。,③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。,1、有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；,2、首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；,3、證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。,六、康普頓散射實驗的意義,康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎,(1892-1962)美國物理學家,康普頓效應,1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(?0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質，,4、吳有訓對研究康普頓效應的貢獻,1923年，參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.,對證實康普頓效應作出了重要貢獻。,在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。,,七、光子的動量,動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的,光的粒子性,一、光電效應的基本規(guī)律,1.光電效應現(xiàn)象,2.光電效應實驗規(guī)律,①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應；②當入射光的頻率大于極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比；③光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒.,（3）光子說對光電效應的解釋,（2）愛因斯坦的光電效應方程,三、愛因斯坦的光電效應方程,（1）光子：,二、光電效應解釋中的疑難,1、在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，如圖所示，,這時()A.鋅板帶正電，指針帶負電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負電，指針帶正電D.鋅板帶負電，指針帶負電,B,課堂練習,2、一束黃光照射某金屬表面時，不能產生光電效應，則下列措施中可能使該金屬產生光電效應的是()A.延長光照時間B.增大光束的強度C.換用紅光照射D.換用紫光照射,D,3、關于光子說的基本內容有以下幾點，不正確的是()A.在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫一個光子B.光是具有質量、能量和體積的物質微粒子C.光子的能量跟它的頻率成正比D.光子客觀并不存在，而是人為假設的,B,4、能引起人的視覺感應的最小能量為10-18J，已知可見光的平均波長約為0.6?m，則進入人眼的光子數(shù)至少為個，恰能引起人眼的感覺.,3,5、關于光電效應下述說法中正確的是()A.光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大B.只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一定能產生光電效應C.在光電效應中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關D.任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應,D,