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