选修科学转折光粒子性

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1、问题：问题：光究竟是什么？光究竟是什么？第1页/共36页表明锌板在射线照射下失去电子而带正电表明锌板在射线照射下失去电子而带正电一、光电效应现象一、光电效应现象第2页/共36页一、光电效应现象一、光电效应现象 当光线当光线(包括不可见光包括不可见光)照射在金属表面时，照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为金属中有电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 第3页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（1 1）存在）存在饱和电流饱和电流光照不变，增大光照不变，增大U UAK

2、AK，G G表中电流达到某一值后表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和不再增大，即达到饱和值。值。第4页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（1 1）存在）存在饱和电流饱和电流实验表明：实验表明：在一定的光照条件下，在一定的光照条件下，单位时间内阴极单位时间内阴极K K发射发射的光电子的数目是一的光电子的数目是一定的。定的。第5页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（1 1）存在）存在饱和电流饱和电流实验还表明：实验还表明：入射光越强，饱和电入射光越强，饱和电流越大，单位时间内流越大，单位时间内发射的光电子数越多。发射的光电子数越多。第6页/共36页二二.光电

3、效应的实验规律光电效应的实验规律（2 2）存在存在遏止电压遏止电压使光电流减小到零的反向使光电流减小到零的反向电压叫电压叫遏止电压遏止电压U=0时，时，I0，因为电子有初速度因为电子有初速度第7页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（2 2）存在存在遏止电压遏止电压实验表明：实验表明：对于一定颜色（频率）对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样何，遏止电压都是一样的。且光的频率的。且光的频率v改变改变时，遏止电压也会改变。时，遏止电压也会改变。第8页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（2 2）存在存在遏止电压遏止电压说明

4、：说明：电子的最大初动能是不电子的最大初动能是不变的变的第9页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（3 3）存在存在截止频率截止频率实验表明：实验表明：当入射光的频率减小到某一数值当入射光的频率减小到某一数值vc时，没时，没有光电子发出。有光电子发出。第10页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（3 3）存在存在截止频率截止频率结论：结论：当入射光的频率低于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。时不能发生光电效应。第11页/共36页二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律（4 4）光电效应具有光电效应具有瞬时性瞬时性实验表明：产生光电流的时间不

5、超实验表明：产生光电流的时间不超过过109s。即即光电效应发生几乎是瞬时的。光电效应发生几乎是瞬时的。第12页/共36页三.光电效应解释中的疑难（1 1）逸出功逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的叫做这种金属的逸出功逸出功。第13页/共36页（2 2）经典的电磁理论的困难经典的电磁理论的困难光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压压U UC C应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。实际不是实际不是不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表

6、面，不应存在截止频率。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，钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于这个时间远远大于109S S。三.光电效应解释中的疑难 第14页/共36页四.爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光量子假设：光子说光量子假设：光子说光本身就是由一个个不可分割的能量子光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为组成的，频率为的光的能量子为的光的能量子为hh。这些能量子后来被称为这些能量子后来被称为光子光子。第15页/共36页

7、四.爱因斯坦的光电效应方程（2 2）光电效应方程光电效应方程一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量hh后，一部分能后，一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功W W W W0 0 0 0，剩下的表现为逸，剩下的表现为逸出后电子的初动能出后电子的初动能E Ek k，即：，即：或或第16页/共36页四.爱因斯坦的光电效应方程（3 3）光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释为什么存在着极限频率？为什么存在着极限频率？为什么光电效应是瞬时的？为什么光电效应是瞬时的？光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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

8、。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。第17页/共36页四.爱因斯坦的光电效应方程（4 4）光电效应的规律：光电效应的规律：光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低频率必须大于这个极

9、限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；于这个频率就不能发生光电效应；于这个频率就不能发生光电效应；于这个频率就不能发生光电效应；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比；与入射光的强度成正比；与入射光的强度成正比；与入射光的强度成正比；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增

10、大；入射光的频率增大而增大；入射光的频率增大而增大；入射光的频率增大而增大；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过一般不超过一般不超过一般不超过10101010-9-9-9-9秒秒秒秒.第18页/共36页1 1、光电效应的实验结论是：对于某种金属光电效应的实验结论是：对于某种金属()A A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应就不能产生光电效应B B无论光的频率多低，只要光照时间足够长

11、就无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应能产生光电效应C C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小光电子的最大初动能就越小D D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大光电子的最大初动能就越大ADAD第19页/共36页2 2、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线的关系曲线(甲光、乙光、丙光甲光、乙光、丙光)，如图所示则，如图所示

12、则可判断出可判断出()A A甲光的频率大于乙光的频率甲光的频率大于乙光的频率B B乙光的波长大于丙光的波长乙光的波长大于丙光的波长C C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能光电子最大初动能B B第20页/共36页3 3、硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是硅光电池是利用光电效应原理制成的器件，下列表述正确的是()A A、硅光电池是把光能转变为电能的一种装置、硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B B、硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出、硅光电池

13、中吸收了光子能量的电子都能逸出C C、逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关、逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D D、任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应、任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应A A第21页/共36页应 用光电管光电源电流计IAK第22页/共36页 康普顿效应康普顿效应第第2 2课时课时第23页/共36页一.康普顿效应（1 1）光的散射光的散射光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传

14、播方向因而传播方向发生改变发生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射第24页/共36页一.康普顿效应（2 2 2 2）康普顿效应康普顿效应光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。19231923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实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相同的验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角长的改变量与散射角有关，而与入射线波长有关，而

15、与入射线波长 和散射物质都无关和散射物质都无关。第25页/共36页一.康普顿效应（3 3）光的动量光的动量光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。第26页/共36页一.康普顿效应（3 3）光的动量光的动量光强较大时，包含的光子数较多，照射金光强较大时，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。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的频率和波长则是用来描述波的第27页/共36页康普顿散射的实验装置与规律：康普顿散

16、射的实验装置与规律：晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长 第28页/共36页康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体对对X X 射线的散射射线的散射 按经典电磁理论：按经典电磁理论：如果入射如果入射X X光是某光是某 种波长的电磁波，种波长的电磁波，散射光的波长是散射光的波长是 不会改变的！不会改变的！第29页/共36页经典电磁理论在解释康普顿效应时经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难遇到的困难2.2.无法解释波长改变和散射角的关系。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。射光频率应等于入射光频

17、率。其频率等于入射光频率，所以它所发射的散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，过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，1.1.根据经典电磁波理论，当电磁波通根据经典电磁波理论，当电磁波通第30页/共36页光子理论对康普顿效应的解释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。子能量几乎不变，波长不变。小于原子质量，根据碰撞理论，小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光碰撞前后光光子将与整个原子交换能量光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远由于光子质量远2.2.若光子和束缚很紧的内层

18、电子相碰撞，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。是散射光的波长大于入射光的波长。部分能量传给电子部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于散射光子的能量减少，于1.若光子和外层电子相碰撞，光子有一若光子和外层电子相碰撞，光子有一结果，具体解释如下：结果，具体解释如下：第31页/共36页（1 1）有力地支持了爱因斯坦）有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设；（2 2）首次在实验上证实了）首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量”的假设；的假设；（3 3）证实了）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，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。动

19、量和能量守恒定律仍然是成立的。光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明的一面，前者表明光子具有能量光子具有能量，后者，后者表明光子表明光子除了能量之外还具有动量除了能量之外还具有动量康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。二二.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义第32页/共36页爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效光电效应应的理论解释和对的理论解释和对理论理论物理学物理学的贡献的贡献获得获得1921年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应光电效应，特别是通

20、过著名，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最的油滴实验，证明电荷有最小单位。小单位。获得获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖。第33页/共36页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，四、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。（1897-19771897-1977）吴有训第34页/共36页1 1科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子假设光子与电子碰撞前的波长为转移给了电子假设光子与电子碰撞前的波长为，碰撞后的波长为，碰撞后的波长为，则碰撞，则碰撞过程中过程中()()A A能量守恒，动量守恒，且能量守恒，动量守恒，且B B能量不守恒，动量不守恒，且能量不守恒，动量不守恒，且C C能量守恒，动量守恒，且能量守恒，动量守恒，且C C第35页/共36页感谢您的观看！第36页/共36页