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光的粒子性ppt课件(人教版高二物理选修3-5)

1、第2节 光的粒子性 第17章 波粒二象性 人教版高中物理选修3-5 课堂引入 观察实验并思考 验电器为什么会带电,带的是什么电? 【小组讨论】 1.光电效应 当光线照射在金属表面时,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。 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。 一、光电效应的实验规律 2.光电效应实验规律 (1)存在饱和电流 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。 阳 极 阴 极 实验表明: 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。 一、光电

2、效应的实验规律 :使光电流减小到零的反向电压 + + + + + + + + + + + 一一 一一 一一 v 加反向电压,如右图所示: 光电子作减速运动。若速率最大的记为vC 最大的初动能的初动能 U=0时,I0,因为电子有初速度 则I=0,式中UC为遏止电压 (2)存在遏止电压和截止频率 a.存在遏止电压UC E E U F KA 一、光电效应的实验规律 I Is Uc2 O U 黄光(强) 黄光(弱) 光电效应伏安特性曲线 遏 止 电 压 饱 和 电 流 蓝光 Uc1 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. 光的频率 改变 时,遏止电压也会改变。

3、一、光电效应的实验规律 实验结论:光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与入射光的强弱 无关。 遏止电压与光的频率 有关。 一、光电效应的实验规律 经研究后发现: b.存在截止频率 c c 对于每种金属,都有相应确定的 截止频率 c (极限频率)。 当入射光频率 c 时,电子才能逸出金属表面; 当入射光频率 W0时,才有光电子逸出, 就是光电效应的截止频率。 (2)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。 (3)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。 二.爱因斯坦的光量子假设 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应,但

4、当时并未被物理学家们广泛承认 ,因为它完全违背了光的波动理论。 4.光电效应理论的验证 美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应”实验,结果在1915年证实 了爱因斯坦方程,h 的值与理论值完全一致,又一次证明了“光量子”理论的正 确。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺 贝尔物理学奖。 二.爱因斯坦的光量子假设 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 。 二.爱因斯坦的光量子假设 【典例1

5、】在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵 敏验电器相连,用弧光灯照射锌板时,验电器的指针就张开一个角 度,如图所示,这时( ) A.锌板带正电,指针带负电 B.锌板带正电,指针带正电 C.锌板带负电,指针带正电 D.锌板带负电,指针带负电 B 典型例题 【典例2】.一束黄光照射某金属表面时,不能产生光电效应,则下列措施中可能 使该金属产生光电效应的是( ) A.延长光照时间 B.增大光束的强度 C.换用红光照射 D.换用紫光照射 D 典型例题 (1892-1962)美国物理学家 三、康普顿效应 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

6、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 有波长比0更大的成分。 1.光的散射 2.康普顿效应 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,物质中带电粒子将做受迫振动 ,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。 如果入射X光是某种波长的电磁波,散射光也应该是X光!不会出现波长更 长的波。 四.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 (1)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,于是散 射光的波长大于入射光的波长。 (2)若光子和束缚很紧的内层

7、电子相碰撞,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小 于原子质量,根据碰撞理论,碰撞前后光子能量几乎不变,波长不变。 光子与晶体中的电子碰撞时遵从那些规律? 四.康普顿效应解释中的疑难 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。 五.康普顿散射实验的意义 因为 所以 六、光子的动量 动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的。 光子的能量: 光子的动量 : 六、光子的动量 一、光电效应的基本规律 1.光电效应现象 2.光电效应实验规律 (2)(2)存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率 (1) (1)存在饱和电流存在饱和电流 (3)(3)具有瞬时性具有瞬时性 二、光电效应解释中的疑难 光的粒子性 课堂小结 (3 3)光子说对光电效应的解释)光子说对光电效应的解释 (2 2)爱因斯坦的光电效应方程)爱因斯坦的光电效应方程 三、爱因斯坦的光电效应方程 (1 1)光子:)光子: 四、康普顿效应 光子的动量 课堂小结