《光的粒子性》ppt课件.ppt

17.2 光的粒子性,人类对光的本性的认识过程。,光是微粒,光沿直线传播,光是波,惠更斯,光线光的反射,光的干涉光的衍射光的偏振光的多普勒效应,光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应,菲涅尔,光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应,光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应,光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应,麦克斯韦根据其电磁场理论提出：光是一种电磁波,到了十九世纪末，绝大多数物理学家确信：光是波,选修3-4,c = ,波速=波长x频率,波长：,频率：,一.光电效应的实验规律,当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象。,（1）光电效应：,（2）光电子：,（3）光电流：,逸出的电子称为光电子。,1.光电效应现象,光电子定向移动形成的电流。,1887年，赫兹发现光电效应,2.光电效应的实验规律,电流表：测光电流的大小电压表：测两极之间的电压大小滑动变阻器：改变两极之间的电压大小,光线照在阴极上，便有电子逸出光电子。,光电子在电场加速下运动形成电流光电流。,光电效应实验,电场的作用促进电子收集。,观察,演示实验,光电流和光电压有何关系？,2.光电效应的实验规律,实验表明：保持光频率、光强不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,（1）存在饱和电流,保持光频率不变，增大光强，饱和电流增大。,2.光电效应的实验规律,实验结论1：1.存在饱和电流，入射光越强，饱和电流越 ，单位时间内发射的光电子数越 。,大,多,2.光电效应的实验规律,UAK=0时，Is =0吗？,UAK,(2)存在遏止电压和截止频率,加反向电压，如图所示：,怎样才能让电流减小为0？,+ + + + + +,一 一 一 一 一 一,v,U,K,A,a.存在遏止电压UC,(2)存在遏止电压和截止频率,加反向电压，如图所示：,怎样才能让电流减小为0？,+ + + + + +,一 一 一 一 一 一,v,U,K,A,a.存在遏止电压UC,(2)存在遏止电压和截止频率,加反向电压，如图所示：,怎样才能让电流减小为0？,使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压。,2.光电效应的实验规律,实验表明：,对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。,I,I,黄光（ 强）,黄光（ 弱）,遏止电压,蓝光,U2,U1,光的频率改变时，遏止电压也会改变。,(2)存在遏止电压和截止频率,a.存在遏止电压UC,光的频率越高，遏止电压越大。,2.光电效应的实验规律,实验结论2：,存在遏制电压 ，且跟入射光的频率有关 ，与入射光的强弱无关 ，进而说明逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。,I,U,(2)存在遏止电压和截止频率,a.存在遏止电压UC,经研究后发现：,b.存在截止频率c,对于每种金属，都相应确定的截止频率c 。,当入射光频率 c时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,(2)存在遏止电压和截止频率,同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。,光照频率越高，遏止电压越高。,光电子的能量只与入射光的频率有关。 入射光的频率小于截止频率时不能发生光电效应。,(2)存在遏止电压和截止频率,当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。,精确测量表明产生电流的时间不超过109 秒，即光电效应几乎是瞬时的。,(3)具有瞬时性,反馈练习：,若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（ ）A. 增大入射光的强度B. 增加光的照射时间C. 改用黄光照射D. 改用紫光照射,D,以上三个结论与经典电磁理论相矛盾，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。,二.光电效应解释中的疑难,实验结论,经典电磁理论,入射光的越强，饱和电流越大,强度越大，逸出的光电子数越多，光电流越大,遏止电压只与频率有关，而与强度无关。,遏止电压应与入射光的强度有关。,如果光较弱，只要积累足够长时间，电子获得足够能量就会形成光电子,存在截止频率c 当入射光频率低于截止频率，不能发生光电效应,光电效应具有瞬时性,能量的可以随时间积累,对比,吻合,不符,不符,不符,1.光子说(爱因斯坦于1905年提出),三.爱因斯坦的光电效应方程,阅读课本28页”能量子”和课本32页最后一段，回答以下问题：,（1）在空间传播的光是连续还是是一份一份的？,（2）光子的能量与什么有关系？,（3）光子的能量如何表示？,在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子.,光子的能量跟它的频率成正比,Eh, 表示光的频率,h 叫普朗克常量，h6.6310-34焦耳秒,爱因斯坦的光量子假设,频率为的光是由大量能量为 E = h 的光子组成的粒子流。光子以光速运动。,电子获得能量,金属的逸出功W0,研究最表面的电子,OK!,sorry!,金属表面的电子要想逸出成为自由电子，必须克服原子核的吸引力做功，称为逸出功W0,三.爱因斯坦的光电效应方程,爱因斯坦光电效应方程,金属表面的电子要想逸出成为自由电子，必须克服原子核的吸引力做功，称为逸出功W0,光电效应的能量转化过程遵循,光电子的最大初动能:,三.爱因斯坦的光电效应方程,3、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； 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；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；入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.,三.爱因斯坦的光电效应方程,爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖,光电效应现象证明了光子的存在，表明光不仅具有波动性，还可以表现出很强的粒子性。,例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量,=,EkhW0,同时回答了33页思考与讨论的问题。,四、康普顿效应,1光的散射,光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射,1923年,康普顿在做 X 射线通过物质时被散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关,2康普顿效应, 散入,根据经典电磁理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以散射光波长应等于入射光波长。, 散入,光子理论对康普顿效应的解释,康普顿效应是光子和电子发生弹性碰撞的结果,2、若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。,1、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，于是散射光的波长大于入射光的波长。,五、光子的动量,光子的能量：E = h ,爱因斯坦质能方程：E = mc2,p = mv,光速符号c,光子动量 p = mc,碰撞后光子动量变小，表现为波长变长，这就是光子散射的康普顿效应。,五、光子的动量,康普顿效应的意义,（1）证实了爱因斯坦“光子说”；,（2）证实了“光子具有动量”；,（3）证实了在微观世界的碰撞中，动量守恒定律和能量守恒定律仍然成立.,光的粒子性,康普顿(1892-1962) 1927年获诺贝尔物理学奖,小结,1.光电效应现象,3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释,EkhW0,2. 光电效应规律,4、康普顿效应,5、光子的动量,作业布置,自主学习丛书上面的习题。,谢谢大家,