2018-2019學年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.2 光的粒子性課件 新人教版選修3 .ppt
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第十七章波粒二象性第2節(jié)光的粒子性,問題:回顧前面的學習,總結人類對光的本性的認識的發(fā)展過程?,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板,(注意用導線與不帶電的驗電器相連),使驗電器張角增大到約為30度時,再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板,則驗電器的指針張角會變大。。,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,一、光電效應的實驗規(guī)律,當光線照射在金屬表面時,金屬中有電子逸出的現(xiàn)象,稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。,光電子定向移動形成的電流叫光電流,1、什么是光電效應,2、光電效應實驗規(guī)律,(1)存在飽和電流,光照不變,增大UAK,G表中電流達到某一值后不再增大,即達到飽和值。,因為光照條件一定時,K發(fā)射的電子數(shù)目一定。,實驗表明:入射光越強,飽和電流越大,單位時間內發(fā)射的光電子數(shù)越多。,:使光電流減小到零的反向電壓,-,,,++++++,一一一一一一,v,加反向電壓,如右圖所示:,光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反,光電子作減速運動。若,最大的初動能,U=0時,I≠0,,因為電子有初速度,則I=0,式中UC為遏止電壓,,(2)存在遏止電壓和截止頻率,a.存在遏止電壓UC,,,U,K,A,,,,,I,I,s,U,a,O,U,黃光(強),黃光(弱),光電效應伏安特性曲線,遏止電壓,,飽和電流,,,,蘭光,U,b,(2)存在遏止電壓和截止頻率,實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率?改變是,遏止電壓也會改變。,(2)存在遏止電壓和截止頻率,a.存在遏止電壓UC,光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關,與入射光的強弱無關。,經研究后發(fā)現(xiàn):,b.存在截止頻率?c,對于每種金屬,都相應確定的截止頻率?c。,當入射光頻率?>?c時,電子才能逸出金屬表面;,當入射光頻率?W0時,才有光電子逸出,就是光電效應的截止頻率。,②電子一次性吸收光子的全部能量,不需要積累能量的時間,光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。,③光強較大時,包含的光子數(shù)較多,照射金屬時產生的光電子多,因而飽和電流大。,由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。,愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應,但當時并未被物理學家們廣泛承認,因為它完全違背了光的波動理論。,4、光電效應理論的驗證,美國物理學家密立根,花了十年時間做了“光電效應”實驗,結果在1915年證實了愛因斯坦方程,h的值與理論值完全一致,又一次證明了“光量子”理論的正確。,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應,特別是通過著名的油滴實驗,證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,思考與討論,?,,,可以用于自動控制,自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。,1、光控繼電器,,可對微弱光線進行放大,可使光電流放大105~108倍,靈敏度高,用在工程、天文、科研、軍事等方面。,2、光電倍增管,四、光電效應在近代技術中的應用,應用,光電管,,,,,,,,,,,,,,,,,,,光,電源,,,,,電流計,,,I,A,K,1、光的散射,光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射,1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時,發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外,還有比入射線波長更長的射線,其波長的改變量與散射角有關,而與入射線波長和散射物質都無關。,四、康普頓效應,2、康普頓效應,3、康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律:,晶體,光闌,探測器,?0,散射波長?,康普頓正在測晶體對X射線的散射,按經典電磁理論:如果入射X光是某種波長的電磁波,散射光的波長是不會改變的!,康普頓散射曲線的特點:,a.除原波長?0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長?。,b.新波長?隨散射角的增大而增大。,散射中出現(xiàn)?≠?0的現(xiàn)象,稱為康普頓散射。,波長的偏移為,稱為電子的Compton波長,只有當入射波長?0與?c可比擬時,康普頓效應才顯著,因此要用X射線才能觀察到康普頓散射,用可見光觀察不到康普頓散射。,波長的偏移只與散射角?有關,而與散射物質種類及入射的X射線的波長?0無關,,?c=0.0241=2.41?10-3nm(實驗值),1、經典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難,①根據(jù)經典電磁波理論,當電磁波通過物質時,物質中帶電粒子將作受迫振動,其頻率等于入射光頻率,所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。,②無法解釋波長改變和散射角關系。,五、康普頓效應解釋中疑難,2、光子理論對康普頓效應的解釋,①若光子和外層電子相碰撞,光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少,于是散射光的波長大于入射光的波長。,②若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞,光子將與整個原子交換能量,由于光子質量遠小于原子質量,根據(jù)碰撞理論,碰撞前后光子能量幾乎不變,波長不變。,③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關,所以波長改變和散射角有關。,1、有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設;,2、首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設;,3、證實了在微觀世界的單個碰撞事件中,動量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普頓的成功也不是一帆風順的,在他早期的幾篇論文中,一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”;在計算中起先只考慮能量守恒,后來才認識到還要用動量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。,六、康普頓散射實驗的意義,康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎,(1892-1962)美國物理學家,康普頓效應,1925—1926年,吳有訓用銀的X射線(?0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質,,4、吳有訓對研究康普頓效應的貢獻,1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.,對證實康普頓效應作出了重要貢獻。,在同一散射角()測量各種波長的散射光強度,作了大量X射線散射實驗。,,七、光子的動量,動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的,光的粒子性,一、光電效應的基本規(guī)律,1.光電效應現(xiàn)象,2.光電效應實驗規(guī)律,①對于任何一種金屬,都有一個極限頻率,入射光的頻率必須大于這個極限頻率,才能發(fā)生光電效應,低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應;②當入射光的頻率大于極限頻率時,光電流的強度與入射光的強度成正比;③光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只隨著入射光的頻率增大而增大;④入射光照到金屬上時,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的,一般不超過10-9秒.,(3)光子說對光電效應的解釋,(2)愛因斯坦的光電效應方程,三、愛因斯坦的光電效應方程,(1)光子:,二、光電效應解釋中的疑難,1、在演示光電效應的實驗中,原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連,用弧光燈照射鋅板時,驗電器的指針就張開一個角度,如圖所示,,這時()A.鋅板帶正電,指針帶負電B.鋅板帶正電,指針帶正電C.鋅板帶負電,指針帶正電D.鋅板帶負電,指針帶負電,B,課堂練習,2、一束黃光照射某金屬表面時,不能產生光電效應,則下列措施中可能使該金屬產生光電效應的是()A.延長光照時間B.增大光束的強度C.換用紅光照射D.換用紫光照射,D,3、關于光子說的基本內容有以下幾點,不正確的是()A.在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫一個光子B.光是具有質量、能量和體積的物質微粒子C.光子的能量跟它的頻率成正比D.光子客觀并不存在,而是人為假設的,B,4、能引起人的視覺感應的最小能量為10-18J,已知可見光的平均波長約為0.6?m,則進入人眼的光子數(shù)至少為個,恰能引起人眼的感覺.,3,5、關于光電效應下述說法中正確的是()A.光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大B.只要入射光的強度足夠強,照射時間足夠長,就一定能產生光電效應C.在光電效應中,飽和光電流的大小與入射光的頻率無關D.任何一種金屬都有一個極限頻率,低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應,D,- 配套講稿:
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