17章波粒二象性光的粒子性.ppt

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1、光的粒子性光的粒子性17世纪明确形成了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说波动说19世纪初证明了波动说的正确性由于波动说没有数学基础以及牛顿的威望使得微粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性对光学的研究从很早就开始了 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

2、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 二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律电流表：电流表：测光电流测光电流的大小的大小电压表：电压表：测两极之测两极之间的电压大小间的电压大小滑动变阻器：滑动变阻器：改变改变两级之间的电压大两级之间的电压大小小二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验表明：实验表明：保持光频率、光保持光频率、光强不变，增大强不变，增大U UAKAK，G G表中电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到某一值后不再增大，即达到饱和值。达到饱和值。保持光频率不变，增大光强，保持光频率不变，增大光强，饱和电流增大饱和电流增大IOU UAKAKIs黄光

3、（强）黄光（强）黄光（弱）黄光（弱）实验结论实验结论1 1：1.1.存在饱和电流，入射光越强，饱和电流越大，单位存在饱和电流，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。时间内发射的光电子数越多。二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律I0U UAKAKIs黄光（强）黄光（强）黄光（弱）黄光（弱）U UAKAK=0=0时，时，Is =0吗？说明了什么？吗？说明了什么？二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律使光电流减小到零的反向使光电流减小到零的反向最小电压叫最小电压叫遏止电压遏止电压遏止电压的大小表明逸遏止电压的大小表明逸出电子的初动能大小出电子的初动能大小二二.光电效应的实

4、验规律光电效应的实验规律实验结论实验结论2：存在遏止电压存在遏止电压，且跟，且跟光的频率有关光的频率有关，与光，与光强无关强无关，进而说明逸，进而说明逸出光电子的最大初动出光电子的最大初动能与光频率有关，与能与光频率有关，与光强无关光强无关II黄光（黄光（强）强）黄光（黄光（弱）弱）遏遏止止电电压压蓝光蓝光U二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验表明：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c时，没有时，没有光电子发出。光电子发出。实验结论实验结论3：存在截止频率，当入射光的存在截止频率，当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。频率低于截止频率时不能发生

5、光电效应。二二.光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验表明：实验表明：产生光电流的时间不超过产生光电流的时间不超过109s。即光电效应发生几乎是瞬时的即光电效应发生几乎是瞬时的实验结论实验结论4：光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性四.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光本身就是由一个个不可分割的能量子组不可分割的能量子组成的，频率为成的，频率为的光的光的能量子为的能量子为hh。这些。这些能量子后来被称为能量子后来被称为光光子子。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

6、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：或或四.爱因斯坦的光电效应方程（3 3）对光电效应的实验现象解释：对光电效应的实验现象解释：光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产光强较大时，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。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

7、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

8、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.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

9、要光的频率小于极限频率就不无论光强多强，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就能产无论光的频率多低，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，所产生的光电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，所产生的光电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子的最大初动能就越大ADAD2 2、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同在光电效应实验中，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

10、压之间的关系曲线实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光甲光、乙光、丙光)，如图所示则可判断出，如图所示则可判断出()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 爱因斯坦因为在光电效应方面的贡献爱因斯坦因为在光电效应方面的贡献获得获得1921年的诺贝尔物理学奖。密立根年的诺贝尔物理学奖。密立根因为研究光电效应获得因

11、为研究光电效应获得1923年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖理学奖.经典力学头顶的三朵乌云经典力学头顶的三朵乌云1.1.黑体辐射：黑体辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，称为度有关，称为热辐射热辐射。能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为射和透射的物体称为绝对黑体绝对黑体。简称黑体。简称黑体实验表明：一般材料的物体，辐射的电磁波除了实验表明：一般材料的物体，辐射的电磁波除了与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。而黑体辐射只与黑体的

12、温度有关。而黑体辐射只与黑体的温度有关。黑体辐射的实验规律在紫外区域无法用经典理论黑体辐射的实验规律在紫外区域无法用经典理论解释。解释。“紫外灾难紫外灾难”o o实验值实验值/mm维恩线维恩线瑞利瑞利-金斯线金斯线紫紫外外灾灾难难普普朗朗克克线线1 12 23 34 45 56 67 78 8M M0 0(T)/(T)/辐射强度辐射强度2.2.光电效应：光电效应：在光在光(包括不可见光包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的照射下，从物体发射电子的现象叫做的现象叫做光电效应光电效应。发射出来的电子叫做发射出来的电子叫做光电光电子。子。实验表明：实验表明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多

13、。入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。光电子的能量只与入射光的频率有关。光电子的能量只与入射光的频率有关。当入射光的频率低于截止频率时，不发生光电当入射光的频率低于截止频率时，不发生光电效应。效应。爱因斯坦的光电效应方程：爱因斯坦的光电效应方程：h hE Ek kW W0 0截止频率：截止频率：c cW W0 0/h/h，W W0 0为金属的逸出功。为金属的逸出功。3.3.康普顿效应：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，这种现象叫做发生改变，这种现象叫做光的散射光的散射19231923年康普顿在做年康普顿在做X X射线通过物质散射的实验时，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射线外，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，其波长的改变量还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无有关，而与入射线波长和散射物质都无关关。若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传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，波长增大。给电子，散射光子的能量减少，波长增大。因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。波长改变和散射角有关。