17.2光的粒子性.ppt

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1、17.2 17.2 光的粒子性光的粒子性 -毕节一中毕节一中 刘家荫刘家荫织织金金洞洞1717世纪明确形成世纪明确形成了两大对立学说了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说1818世纪末证明了世纪末证明了波动说的正确性波动说的正确性由于波动说没有由于波动说没有数学基础以及牛数学基础以及牛顿的威望使得微顿的威望使得微粒说一直占上风粒说一直占上风1919世纪：光具有波粒二象性世纪：光具有波粒二象性 对光的研究对光的研究从从很早就开始了很早就开始了 一、光电效应一、光电效应(1887年赫兹发现）年赫兹发现）P30紫外线紫外线现象现象:验电器指针张开的角度先变小为零后变大。验电器指针

2、张开的角度先变小为零后变大。说明了说明了:锌板在紫外线照射下能发射电子。锌板在紫外线照射下能发射电子。一、光电效应一、光电效应(1887年赫兹发现）年赫兹发现）1.1.光电效应定义：光电效应定义：在光的照射下，金属中有电子发在光的照射下，金属中有电子发射的现象，称为光电效应。射的现象，称为光电效应。发射出的电子称为光电子。发射出的电子称为光电子。P303.3.光强度：光强度：单位时间内照射到单位面积上光的能量。单位时间内照射到单位面积上光的能量。2.2.光电流定义：光电流定义：光电子形成的电流。光电子形成的电流。4、逸出功、逸出功W0 使电子成为光电子所做功的最小值，叫做使电子成为光电子所做功

3、的最小值，叫做这种金属的逸出功。这种金属的逸出功。不同的金属不同的金属逸出功逸出功W W0 0不同。不同。P321 1、存在饱和电流、存在饱和电流(IcIc)光照不变，增大光照不变，增大U UAKAK，G G表中电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到达到某一值后不再增大，即达到饱和值。饱和值。二二.光电效应的实验规律：光电效应的实验规律：阳极阳极阴极阴极光电管光电管入射光越强，饱和电流越入射光越强，饱和电流越大大.v 2 2、存在、存在遏止电压遏止电压(U UC C)+一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一EEUFKA遏止电压越大，说明遏止电压越大，说明光电子光电子逸出的

4、最大初动能越大。逸出的最大初动能越大。（1）遏止电压：使光电流减小到零的反）遏止电压：使光电流减小到零的反向电压。向电压。阳极阳极阴极阴极光电管光电管IUaOU黄光（强）黄光（强）黄光（弱）黄光（弱）（2）光电流与电压的关系）光电流与电压的关系遏遏止止电电压压蓝光蓝光Ub阳极阳极阴极阴极IUaOU黄光（强）黄光（强）黄光（弱）黄光（弱）（2）光电流与电压的关系）光电流与电压的关系遏止电压蓝光蓝光Ub结论：结论：对于同对于同一颜色一颜色(频率频率)的的光光，遏止电压相遏止电压相同，同，与光的与光的强度强度无关。无关。入射入射光的频率光的频率 变大变大遏止电压变大，遏止电压变大，反之亦然。反之亦然

5、。3.3.存在截止频率（极限频率）存在截止频率（极限频率）紫外线紫外线(3)(3)不同金属的截止频率不同。不同金属的截止频率不同。P32(1)(1)截止频率：截止频率：刚好能发生光电效应时入射光的频刚好能发生光电效应时入射光的频率。率。锌板锌板(2)(2)当入射光的频率低于截止频率时不能当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。发生光电效应。产生光电流的时间不超过产生光电流的时间不超过10109 9秒秒；与光照强度无关。；与光照强度无关。光电效应几乎是瞬时的。光电效应几乎是瞬时的。4 4、具有瞬时性、具有瞬时性阳极阳极阴极阴极光电效应实验规律小结光电效应实验规律小结存在存在饱和电流饱和电流

6、IcIc：入射光越：入射光越强强，饱和电流越饱和电流越大大。存在存在遏止电压遏止电压U U U UC C C C：U UC C随入射光随入射光的频率增大而增大，而与入射光的频率增大而增大，而与入射光的强度无关。的强度无关。存在存在截止频率截止频率VcVc（极限频率）：（极限频率）：入射光的频率必须大于这个频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能发生光电效应。不同金属才能发生光电效应。不同金属截截止频率不同止频率不同。瞬时性瞬时性：入射光照到金属上时，：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是光电子的发射几乎是瞬时的瞬时的，一，一般不超过般不超过1010-9-9秒。秒。阳极阳极阴极阴极经典电磁理论

7、观点经典电磁理论观点:光的能量是由光的强度（振幅）决定的光的能量是由光的强度（振幅）决定的,与频率无关。且光的能量是连续的。与频率无关。且光的能量是连续的。经典电磁理论认为经典电磁理论认为.而实验结论而实验结论.光越强光越强，逸出的电子数越多，逸出的电子数越多，光电流也就越大光电流也就越大发生光电效应时，发生光电效应时，入射光越强，入射光越强，饱和电流越大饱和电流越大光越强，光电子的初动能应光越强，光电子的初动能应该越大，所以该越大，所以遏止电压遏止电压U UC C应应与光的强弱有关与光的强弱有关遏止电压与光的强度无关，只与光遏止电压与光的强度无关，只与光的频率的频率 有关有关 。且。且V V

8、增大增大UcUc增大。增大。不管光的频率如何，只要光不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，能量从而逸出表面，不应存不应存在截止频率在截止频率。当入射光的频率当入射光的频率低于截止频率低于截止频率时时，不能发生光电效应，不能发生光电效应如果光很弱如果光很弱，按经典电磁理，按经典电磁理论估算，电子需论估算，电子需几分钟到十几分钟到十几分钟的时间几分钟的时间才能获得逸出才能获得逸出表面所需的能量，这个时间表面所需的能量，这个时间远远大于远远大于1010-9-9s s入射光照到金属上时，光电子的入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，发射几乎是

9、瞬时的，一般不超过一般不超过1010-9-9秒秒相符相符矛盾矛盾矛盾矛盾矛盾矛盾 在空间传播的光（电磁波）是不连在空间传播的光（电磁波）是不连续的，而是一份一份的。续的，而是一份一份的。每一份光的能量子称为一个光子。每一份光的能量子称为一个光子。2.2.光子光子三三.爱因斯坦光电方程爱因斯坦光电方程3.3.爱因斯坦的光电方程爱因斯坦的光电方程 一个电子吸收一个光子一个电子吸收一个光子的能量的能量hh后，一部分能量用后，一部分能量用来克服金属的逸出功来克服金属的逸出功W W0 0 0 0，剩下的表现为逸出后电子的最大，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能初动能E Ek k ，即：，即：1.1.光子

10、说：光子说：爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程 4 4、用用光光电电方方程程解解释释光电效应规律：光电效应规律：1 1）由由 E Ek k=h-Wh-W0 0 eUeUC C 可可知知存存在在遏遏止止电电压压，且且UC只只与与光光的的频频率率有关；有关；2 2）如如果果：hvhvWWW0 01.1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌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，这时器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，

11、指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B2.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产生光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，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是电效应的是()()A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射D.D.换用紫光照射换用紫光照射D3.3.关于光电效应下述说法中正确的是关于光电效应下述说法中正确的是()()A.A.光电子的最大初动能随着入射光的

12、强度增大光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大而增大B.B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应就一定能产生光电效应C.C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的振幅无关的振幅无关D.D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应频率的光不能发生光电效应D4.4.对对爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效应应方方程程EkEk=h-Wh-W0 0，下下面的理解正确的有（面的理解正确的有（）A A用用同同种种频频率率的的光光照照射射同同一一种

13、种金金属属，那那么么从从金金属属中中逸逸出出的的所所有有光光电电子子都都具具有有同同样样的的初初动动能能B B式式中中的的W W0 0表表示示每每个个光光电电子子从从金金属属中中飞飞出出过过程中克服金属中正电荷引力所做的功程中克服金属中正电荷引力所做的功 C C逸逸出出功功W W0 0和和极极限限频频率率c c之之间间应应满满足足关关系系式式W W0 0=hhc cD D光光电电子子的的最最大大初初动动能能和和入入射射光光的的频频率率成成正正比比C 5.5.已已知知能能使使某某金金属属产产生生光光电电效效应应的的极极限限频频率率为为c c，（，（）A A当当用用频频率率低低于于c c的的单单色

14、色光光照照射射该该金金属属时时，一一定定能产生光电子能产生光电子B B当当用用频频率率为为22c c的的单单色色光光照照射射该该金金属属时时，所所产产生的光电子的最大初动能为生的光电子的最大初动能为hhc cC C在在照照射射光光的的频频率率大大于于c c的的条条件件下下，若若增增大大，则逸出功则逸出功W W0 0也随之增大也随之增大D D在在照照射射光光的的频频率率大大于于c c的的条条件件下下，若若增增大大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解解析析：逸逸出出功功W0和和极极限限频频率率的的关关系系是是W0=hc，当当入入射射光光频频率率为为2c时时，根

15、根据据光光电电效效应应方方程程，Ek=h 2c-W0=hc，因因此此B正正确确。逸逸出出功功是是金金属属本本身身的的性性质质，与与入入射射光光频频率率无无关关。光光电电子子的的最最大大初初动动能能Ek=h-W0，是是关关于于频频率率的的一一次次函函数数，但但不不是是正正比比例例函函数数。本题只选本题只选B。B6.6.如如图图，当当电电键键S S断断开开时时，用用光光子子能能量量为为2.5eV2.5eV的的一一束束光光照照射射阴阴极极K K，发发现现电电流流表表读读数数不不为为零零。合合上上电电键键，调调节节滑滑线线变变阻阻器器，发发现现当当电电压压表表读读数数小小于于0.60V0.60V时时，

16、电电流流表表读读数数仍仍不不为为零零；当当电电压压表表读读数数大大于于或或等等于于0.60V0.60V时时，电电流流表表读读数数为为零零。由由此此可可知知阴阴极极材材料料的的逸出功为（逸出功为（）A.A.B BC.D.C.D.A1.9eV0.6eV2.5eV3.4eV例题：下表是按照密立根的方法进行实例题：下表是按照密立根的方法进行实验时得到的某金属的验时得到的某金属的UcUc和和v v的几组数据的几组数据试作出试作出UcUc_v v图象并通过图象求出：图象并通过图象求出：（1 1）这种金属的载止频率；）这种金属的载止频率；（2 2）普朗克常量。）普朗克常量。UC/V0.5410.6370.7

17、140.8090.878V/104HZ5.6445.8886.0986.3036.501教教材材P34解：以频率解：以频率v v为横轴，以遏止电压为横轴，以遏止电压UcUc为纵轴，根据为纵轴，根据表中数据选取消适当比例，描点后作直线拟合这些表中数据选取消适当比例，描点后作直线拟合这些点，得到点，得到UcUcv v图象如图所示。图象如图所示。（1 1）求这种金属的）求这种金属的载止频率；载止频率；U Uc c图象是一条斜率为图象是一条斜率为 的直线的直线（2 2）求普朗克常量）求普朗克常量h h；五、康普顿效应五、康普顿效应阅读教科书阅读教科书P35思考：思考：学 1 1、什么叫光的散射？、什么

18、叫光的散射？-3-3分钟！分钟！2 2、什么叫康普顿效应？、什么叫康普顿效应？康普顿效应康普顿效应 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,因而传播方因而传播方向发生改变向发生改变,这种现象叫做光的散射。这种现象叫做光的散射。用用X X 射线射线照射碳墨时照射碳墨时，发现散射，发现散射光光线线有有比入射比入射光光线线波长更长的射线波长更长的射线，这个现象称为康普顿效应。这个现象称为康普顿效应。二、康普顿效应二、康普顿效应一、光的散射一、光的散射:根据经典电磁波理论，由于光是电磁振动的传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，振播，入射

19、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，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。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。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经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到了困难光子说能对康普顿效应进行解释：光子说能对康普顿效应进行解释：1.1.康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果。康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果。2.2.光子不仅有能量还有动量。光子不仅有能量还有动

20、量。3.3.用动量守恒定律和能量守恒定律可以完美地解释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。康普顿效应。三、光子的能量和动量三、光子的能量和动量动量、能量是用来描述粒子的，动量、能量是用来描述粒子的，频率、波长则是用来描述波的频率、波长则是用来描述波的1、能量、能量2、动量、动量P35P36问题与练习：问题与练习：1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6小结小结1.1.光电效应：光电效应：2.2.光电效应规律光电效应规律存在存在饱和电流饱和电流IcIc：入射光越：入射光越强强，饱和电流越，饱和电流越大大。存在存在遏止电压遏止电压U U U UC C C C：U UC C随

21、入射光的频率增大而增大，而与随入射光的频率增大而增大，而与入射光的强度无关。入射光的强度无关。存在存在截止频率截止频率VcVc（极限频率）：入射光的频率必须大于（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。不同金属这个频率，才能发生光电效应。不同金属截止频率不同截止频率不同。瞬时性瞬时性：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是：入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬瞬时的时的，一般不超过，一般不超过1010-9-9秒。秒。小结小结3.3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释E Ek khhW W0 0解释截止频率解释截止频率解释饱和电流解释饱和电流解释瞬时性解释瞬时性解释遏止电压解释遏止电压小结小结4 4、康普顿效应、康普顿效应 用用X X射线射线照射碳墨时照射碳墨时，发现散射，发现散射光光线线有有比入射比入射光光线线波长更长的射线波长更长的射线，这个现象称为康普顿效应。这个现象称为康普顿效应。