《高中物理 第2節(jié) 光的粒子性課件 新人教版選修35》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高中物理 第2節(jié) 光的粒子性課件 新人教版選修35（36頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、第十七章波粒二象性第十七章波粒二象性第第2 2節(jié)光的粒子性節(jié)光的粒子性 欄目鏈接欄目鏈接密立根與光子說密立根與光子說愛因斯坦提出光子說后，盡管他的論證清晰簡明，但愛因斯坦提出光子說后，盡管他的論證清晰簡明，但當時科學界的反應十分冷淡量子論的創(chuàng)始人普朗克也責當時科學界的反應十分冷淡量子論的創(chuàng)始人普朗克也責怪愛因斯坦的光子說怪愛因斯坦的光子說“走得太遠走得太遠”，美國實驗物理學家密，美國實驗物理學家密立根將自己視為光的波動理論的捍衛(wèi)者，并定下了工作目立根將自己視為光的波動理論的捍衛(wèi)者，并定下了工作目標：對愛因斯坦的光電效應方程進行徹底檢驗，以扼制這標：對愛因斯坦的光電效應方程進行徹底檢驗，以扼制這
2、種種“不可思議的不可思議的”、“大膽的大膽的”和和“輕率的輕率的”光子說光子說 欄目鏈接欄目鏈接 密立根對光電效應進行了長期研究在密立根對光電效應進行了長期研究在1916年發(fā)年發(fā)表的論文中，他公布了實驗結果：光電子的最大動能表的論文中，他公布了實驗結果：光電子的最大動能與入射光頻率的關系曲線，確實是一條直線，由直線與入射光頻率的關系曲線，確實是一條直線，由直線斜率還精確測定了斜率還精確測定了h的值他寫道：的值他寫道：“盡管有時我認盡管有時我認為我掌握了與該方程不相符合的證據(jù)，但我發(fā)現(xiàn)，研為我掌握了與該方程不相符合的證據(jù)，但我發(fā)現(xiàn)，研究的時間越長，誤差消除得越干凈，方程預見的結果究的時間越長，誤
3、差消除得越干凈，方程預見的結果就越發(fā)符合我觀察到的結果就越發(fā)符合我觀察到的結果”但他仍然認為但他仍然認為“引出引出該方程的物理理論似乎是完全站不住腳的該方程的物理理論似乎是完全站不住腳的”從中我從中我們可以見到，雖然密立根對光子說采取排斥態(tài)度，們可以見到，雖然密立根對光子說采取排斥態(tài)度， 欄目鏈接欄目鏈接但他畢竟是一位科學家，具有實事求是的科學精神密但他畢竟是一位科學家，具有實事求是的科學精神密立根的實驗結果促成愛因斯坦立根的實驗結果促成愛因斯坦“因在數(shù)學物理方面的成因在數(shù)學物理方面的成就，尤其是發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律就，尤其是發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律”而榮獲而榮獲1921年的諾年的諾貝爾物理學獎，
4、密立根也貝爾物理學獎，密立根也“因基本電荷及光電效應方面因基本電荷及光電效應方面的工作的工作”而榮獲而榮獲1923年的諾貝爾物理學獎年的諾貝爾物理學獎 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接1光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律(1)光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的_從表面從表面_，這種現(xiàn)象被稱為光電效應，這，這種現(xiàn)象被稱為光電效應，這種電子叫種電子叫_(2)光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律用如下圖所示的電路研究光電效應中光電流與光照用如下圖所示的電路研究光電效應中光電流與光照強度、光的頻率等物理量的關系，陰極強度、光的頻率等物理量的關系，陰
5、極K和陽極和陽極A在密封在密封的真空玻璃內，陰極的真空玻璃內，陰極K在受到光照時會發(fā)射光電子，陽極在受到光照時會發(fā)射光電子，陽極A吸收光電子而形成光電流實驗結果表明：吸收光電子而形成光電流實驗結果表明： 欄目鏈接欄目鏈接電子電子逸出逸出光電子光電子 欄目鏈接欄目鏈接飽和飽和不會增大不會增大飽和電流飽和電流越多越多 欄目鏈接欄目鏈接減速減速遏止電壓遏止電壓eUc光電子光電子截止頻率截止頻率極限頻率極限頻率c 欄目鏈接欄目鏈接光電效應具有瞬時性從光照射到金屬表面到其表面逸光電效應具有瞬時性從光照射到金屬表面到其表面逸出光電子的時間一般不超過出光電子的時間一般不超過_ s，即光電效應幾乎，即光電效應
6、幾乎是瞬時的是瞬時的2光電效應解釋中的疑難光電效應解釋中的疑難(1)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的_，叫作這，叫作這種金屬的逸出功，用字母種金屬的逸出功，用字母_表示，不同金屬的逸出表示，不同金屬的逸出功是功是_的的(2)光電效應中，經典電磁理論無法解釋的有：光電子初動光電效應中，經典電磁理論無法解釋的有：光電子初動能與光強弱能與光強弱_，遏止電壓，遏止電壓Uc與光強弱與光強弱_；發(fā)；發(fā)109最小值最小值W0不同不同無關無關無關無關 欄目鏈接欄目鏈接生光電效應時，入射光的頻率存在一個生光電效應時，入射光的頻率存在一個_；發(fā)生光；發(fā)生光電效應的時間只需電效應
7、的時間只需_ s.3愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程(1)光子：光本身就是由一個個不可分割的光子：光本身就是由一個個不可分割的_組成的，組成的，頻率為頻率為的光的能量子為的光的能量子為_，這些能量子被稱為光，這些能量子被稱為光子子(2)愛因斯坦光電效應方程：在光電效應中，金屬表面中的愛因斯坦光電效應方程：在光電效應中，金屬表面中的電子吸收一個光子獲得的能量是電子吸收一個光子獲得的能量是_，這些能量的，這些能量的一部分用來一部分用來_，剩下的表現(xiàn)為，剩下的表現(xiàn)為極限頻率極限頻率109能量子能量子hh克服金屬的逸出功克服金屬的逸出功W W0 0 欄目鏈接欄目鏈接_即即h_或或Ek_.(3)
8、用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應的實驗規(guī)律用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應的實驗規(guī)律方程方程EkhW0表明，光電子的初動能與入射光的頻表明，光電子的初動能與入射光的頻率率成成_關系，與光強關系，與光強_只有當只有當_時，才有光電子逸出，時，才有光電子逸出，c_是光電效是光電效應的截止頻率應的截止頻率電子一次性吸收光子的電子一次性吸收光子的_能量，能量，_積累積累能量的時間，光電流自然是瞬時發(fā)生的能量的時間，光電流自然是瞬時發(fā)生的逸出后電子的初動能逸出后電子的初動能EkhW0EkW0線性線性無關無關hW0全部全部不需要不需要 欄目鏈接欄目鏈接光強較大時，包含的光子數(shù)光強較大時，包含的光子數(shù)_
9、，照射金屬時產，照射金屬時產生的光電子生的光電子_，因而飽和電流，因而飽和電流_，所以飽，所以飽和電流與光強成正比和電流與光強成正比4康普頓效應康普頓效應(1)光的散射：光在介質中與物質微粒的光的散射：光在介質中與物質微粒的_，使光，使光的傳播方向發(fā)生的傳播方向發(fā)生_，這種現(xiàn)象叫作光的散射，這種現(xiàn)象叫作光的散射(2)康普頓效應：在光的散射時，除有與入射波長康普頓效應：在光的散射時，除有與入射波長_的光，還有波長比入射波長的光，還有波長比入射波長_的光，這的光，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為較多較多多多大大相互作用相互作用改變改變相同相同大大 欄目鏈接欄目鏈接康普頓效應康普頓的學生：中國留學生康普頓效應
10、康普頓的學生：中國留學生_證實了證實了康普頓效應的普遍性康普頓效應的普遍性光電效應表明光子具有光電效應表明光子具有_，康普頓效應表明光子還，康普頓效應表明光子還具有具有_，兩種效應深入地揭示了光的，兩種效應深入地揭示了光的_性的性的一面一面5光子的動量光子的動量光子的動量光子的動量p_.在康普頓效應中，由于入射光子在康普頓效應中，由于入射光子與物質微粒的碰撞，光子的動量與物質微粒的碰撞，光子的動量_，因此波長，因此波長_吳有訓吳有訓能量能量動量動量粒子粒子變小變小變大變大 欄目鏈接欄目鏈接1 光電效應光電效應 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 2光電效應的規(guī)律光電效應的規(guī)律
11、(1)光電效應的實驗結果光電效應的實驗結果首先在入射光的強度與頻率不變的情況下，首先在入射光的強度與頻率不變的情況下，IU的實驗曲線的實驗曲線如下圖所示曲線表明，當加速電壓如下圖所示曲線表明，當加速電壓U增加到一定值時，光增加到一定值時，光電流達到飽和值電流達到飽和值Im.這是因為單位時間內從陰極這是因為單位時間內從陰極K射出的光射出的光電子全部到達陽極電子全部到達陽極A.若單位時間內從陰極若單位時間內從陰極K上逸出的光電子上逸出的光電子數(shù)目為數(shù)目為n，則飽和電流，則飽和電流Imne，式中，式中e為電子電荷量另一為電子電荷量另一方面，當電壓方面，當電壓U減小到零，并開始反向時，光電流并沒有降減
12、小到零，并開始反向時，光電流并沒有降為零，這就表明從陰極為零，這就表明從陰極K逸出的光電子具有初動能逸出的光電子具有初動能 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 (2)光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律飽和電流飽和電流Im的大小與入射光的強度成正比，也就是單位時的大小與入射光的強度成正比，也就是單位時間內逸出的光電子數(shù)目與入射光的強度成正比間內逸出的光電子數(shù)目與入射光的強度成正比(見圖甲見圖甲)光電子的最大初動能光電子的最大初動能(或遏止電壓或遏止電壓)與入射光線的強度無關與入射光線的強度無關(見圖甲，圖中見圖甲，圖中Io1、Io2、Io3表示入射光強度表示入射光強度)，而只
13、與入射光，而只與入射光的頻率有關頻率越高，光電子的初動能就越大的頻率有關頻率越高，光電子的初動能就越大(見圖乙見圖乙)頻率低于頻率低于c的入射光，無論光的強度多大，照射時間多長，的入射光，無論光的強度多大，照射時間多長，都不能使光電子逸出都不能使光電子逸出 欄目鏈接欄目鏈接 光的照射和光電子的逸出幾乎是同時的，在測量的光的照射和光電子的逸出幾乎是同時的，在測量的精度范圍內精度范圍內(109 s)觀察不出這兩者間存在滯后現(xiàn)象觀察不出這兩者間存在滯后現(xiàn)象 例例1用一束紫外線照射某金屬時不能產生光電效應，用一束紫外線照射某金屬時不能產生光電效應，可以使該金屬產生光電效應的措施是可以使該金屬產生光電效
14、應的措施是()A改用頻率更小的紫外線照射改用頻率更小的紫外線照射B改用改用X射線照射射線照射C改用強度更大的原紫外線照射改用強度更大的原紫外線照射D延長原紫外線的照射時間延長原紫外線的照射時間 欄目鏈接欄目鏈接 分析：分析：要產生光電效應，根據(jù)光電效應的條件必要產生光電效應，根據(jù)光電效應的條件必須用能量更大，即頻率更高的粒子須用能量更大，即頻率更高的粒子解析：解析：根據(jù)光電效應的條件根據(jù)光電效應的條件vvc，要產生光電效應，要產生光電效應，必須用能量更大，即頻率更高的粒子能否發(fā)生光電必須用能量更大，即頻率更高的粒子能否發(fā)生光電效應與光的強度和照射時間無關效應與光的強度和照射時間無關X射線的頻率
15、大于射線的頻率大于紫外線的頻率故紫外線的頻率故A、C、D錯誤，錯誤，B正確正確 答案：答案：B 名師點評：名師點評：解決本題的關鍵掌握光電效應的條件解決本題的關鍵掌握光電效應的條件及各種電磁波的頻率大小關系及各種電磁波的頻率大小關系變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接 解析：解析：根據(jù)光電效應的條件可知，根據(jù)光電效應的條件可知，A光的頻率高光的頻率高于極限頻率于極限頻率c.B光的頻率小于極限頻率光的頻率小于極限頻率c，故，故A光的頻光的頻率大于率大于B光的頻率光的頻率A項正確光電管工作時光電子項正確光電管工作時光電子從陰極從陰極(右側右側)飛向陽極飛向陽
16、極(左側左側)，由此可知，電路中的，由此可知，電路中的電流為電流為ab，即，即C項正確項正確 答案：答案：AC1解釋光電效應中的疑難解釋光電效應中的疑難(1)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值用逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值用W0表示，不同金屬的逸出功不同表示，不同金屬的逸出功不同(2)光電效應與光的電磁理論的矛盾光電效應與光的電磁理論的矛盾矛盾之一：光的能量與頻率有關，而不像波動理論中矛盾之一：光的能量與頻率有關，而不像波動理論中應由振幅決定按光的波動理論，不論光的頻率如何，只要應由振幅決定按光的波動理論，不論光的頻率如何，只要照射時間足夠長或光照射時間足夠長或光的強度足夠大
17、就可以產生光電效應，的強度足夠大就可以產生光電效應， 欄目鏈接欄目鏈接2 愛因斯坦的光電效應方程愛因斯坦的光電效應方程 欄目鏈接欄目鏈接但實驗結果表明：產生光電效應的條件卻是入射光頻但實驗結果表明：產生光電效應的條件卻是入射光頻率大于某一極限頻率，且光電效應的最大初動能與入率大于某一極限頻率，且光電效應的最大初動能與入射光頻率成線性關系，均與光的強度無關根據(jù)能量射光頻率成線性關系，均與光的強度無關根據(jù)能量的觀點，電子要從物體中飛出，必須使之具有一定的的觀點，電子要從物體中飛出，必須使之具有一定的能量，而這一能量只能來源于照射光，為什么實驗表能量，而這一能量只能來源于照射光，為什么實驗表明發(fā)射電
18、子的能量與照射光的強度無關，而與光的頻明發(fā)射電子的能量與照射光的強度無關，而與光的頻率有關？這個問題曾使物理界大為困惑，使經典的光率有關？這個問題曾使物理界大為困惑，使經典的光的波動理論面臨挑戰(zhàn)的波動理論面臨挑戰(zhàn) 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 光電效應方程實質上是能量守恒方程光電效應方程實質上是能量守恒方程 逸出功逸出功W：電子從金屬中逸出所需要的克服束縛：電子從金屬中逸出所需要的克服束縛而消耗的能量的最小值，叫作金屬的逸出功光電效應而消耗的能量的最小值，叫作金屬的逸出功光電效應中，從金屬表面逸出的電子消耗能量最少中，從金屬表面逸出的電子消耗能量最少3光子說對光電效應規(guī)
19、律的解釋光子說對光電效應規(guī)律的解釋(1)由于光的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只由于光的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只能一份一份地吸收光子的能量而且這個傳遞能量的過能一份一份地吸收光子的能量而且這個傳遞能量的過程只能是一個光子對一個電子的行為如果光的頻率低程只能是一個光子對一個電子的行為如果光的頻率低于極限頻率，則光子提供給電子的能量不足以克服原來于極限頻率，則光子提供給電子的能量不足以克服原來的束縛，就不能發(fā)生光電效應的束縛，就不能發(fā)生光電效應 欄目鏈接欄目鏈接 欄目鏈接欄目鏈接 例例2(2014廣東卷廣東卷)(雙選雙選)在光電效應實驗中，用頻率在光電效應實驗中，用頻率為為的光
20、照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是確的是()A增大入射光的強度，光電流增大增大入射光的強度，光電流增大B減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消失C改變頻率小于改變頻率小于的光照射，一定不發(fā)生光電效應的光照射，一定不發(fā)生光電效應D改變頻率大于改變頻率大于的光照射，光電子的最大初動能變大的光照射，光電子的最大初動能變大 欄目鏈接欄目鏈接 分析：分析：光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，與入射光的強度無關，根據(jù)光電效應方程判斷影限頻率，與入射光的強度無關，根據(jù)光
21、電效應方程判斷影響光電子最大初動能的因素響光電子最大初動能的因素 解析：解析：A.光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，能否發(fā)生光電效應，與入射光的強度無關，與光限頻率，能否發(fā)生光電效應，與入射光的強度無關，與光照時間也無關，當發(fā)生光電效應時，增大入射光的強度，照時間也無關，當發(fā)生光電效應時，增大入射光的強度，則光電流會增大故則光電流會增大故A正確；正確；B.入射光的頻率大于金屬的入射光的頻率大于金屬的極限頻率，才會發(fā)生光電效應，與入射光的強度無關，故極限頻率，才會發(fā)生光電效應，與入射光的強度無關，故B錯誤；錯誤；C.光電效應的條件是入射光的頻
22、率大于金屬光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬 欄目鏈接欄目鏈接的極限頻率，當改變頻率小于的極限頻率，當改變頻率小于，但不一定小于極限頻率，但不一定小于極限頻率，故故C錯誤；錯誤；D.在光電效應中，根據(jù)光電效應方程知在光電效應中，根據(jù)光電效應方程知EkmhW0，入射光的頻率越高，光電子最大初動能越，入射光的頻率越高，光電子最大初動能越大故大故D正確正確 答案：答案：AD 名師點評：名師點評：解決本題的關鍵掌握光電效應的條件，解決本題的關鍵掌握光電效應的條件，以及掌握光電效應方程，并能靈活運用以及掌握光電效應方程，并能靈活運用變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接 2(2014上海卷上海卷)在光
23、電效應的實驗結果中，與光的在光電效應的實驗結果中，與光的波動理論不矛盾的是波動理論不矛盾的是()A光電效應是瞬時發(fā)生的光電效應是瞬時發(fā)生的B所有金屬都存在極限頻率所有金屬都存在極限頻率C光電流隨著入射光增強而變大光電流隨著入射光增強而變大D入射光頻率越大，光電子最大初動能越大入射光頻率越大，光電子最大初動能越大變變 式式遷遷 移移 欄目鏈接欄目鏈接 解析：解析：光具有波粒二象性，既具有波動性又具有粒子性，光具有波粒二象性，既具有波動性又具有粒子性，光電效應證實了光的粒子性因為光子的能量是一份一份的，光電效應證實了光的粒子性因為光子的能量是一份一份的，不能積累，所以光電效應具有瞬時性，這與光的波
24、動性矛盾，不能積累，所以光電效應具有瞬時性，這與光的波動性矛盾，A項錯誤；同理，因為光子的能量不能積累，所以只有當光項錯誤；同理，因為光子的能量不能積累，所以只有當光子的頻率大于金屬的極限頻率時，才會發(fā)生光電效應，子的頻率大于金屬的極限頻率時，才會發(fā)生光電效應，B項項錯誤；光強增大時，光子數(shù)量和能量都增大，所以光電流會錯誤；光強增大時，光子數(shù)量和能量都增大，所以光電流會增大，這與波動性無關，增大，這與波動性無關，C項正確；一個光電子只能吸收一項正確；一個光電子只能吸收一個光子，所以入射光的頻率增大，光電子吸收的能量變大，個光子，所以入射光的頻率增大，光電子吸收的能量變大，所以最大初動能變大，所以最大初動能變大，D項錯誤項錯誤 答案：答案：C
高中物理 第2節(jié) 光的粒子性課件 新人教版選修35
