2018-2019學(xué)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(wèn)題：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程？,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電器張角增大到約為30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)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(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。,光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流,1、什么是光電效應(yīng),2、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律,（1）存在飽和電流,光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。,因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。,實(shí)驗(yàn)表明：入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)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(chǎng)力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若,最大的初動(dòng)能,U=0時(shí)，I≠0，,因?yàn)殡娮佑谐跛俣?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(qiáng)）,黃光（弱）,光電效應(yīng)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(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率?改變是，遏止電壓也會(huì)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(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。,經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：,b.存在截止頻率?c,對(duì)于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率?c。,當(dāng)入射光頻率?>?c時(shí)，電子才能逸出金屬表面；,當(dāng)入射光頻率?W0時(shí)，才有光電子逸出，就是光電效應(yīng)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(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。,③光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。,由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。,4、光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證,美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)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(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),思考與討論,？,,,可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。,1、光控繼電器,,可對(duì)微弱光線進(jìn)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(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用,應(yīng)用,光電管,,,,,,,,,,,,,,,,,,,光,電源,,,,,電流計(jì),,,I,A,K,1、光的散射,光在介質(zhì)中與物質(zhì)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(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。,四、康普頓效應(yīng),2、康普頓效應(yīng),3、康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：,晶體,光闌,探測(cè)器,?0,散射波長(zhǎng)?,康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線的散射,按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！,康普頓散射曲線的特點(diǎn)：,a.除原波長(zhǎng)?0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)?。,b.新波長(zhǎng)?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(zhǎng)的偏移為,稱為電子的Compton波長(zhǎng),只有當(dāng)入射波長(zhǎng)?0與?c可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見(jiàn)光觀察不到康普頓散射。,波長(zhǎng)的偏移只與散射角?有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長(zhǎng)?0無(wú)關(guān)，,?c=0.0241=2.41?10-3nm（實(shí)驗(yàn)值）,1、經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難,①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。,②無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角關(guān)系。,五、康普頓效應(yīng)解釋中疑難,2、光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)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(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。,②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。,③因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。,1、有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；,2、首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；,3、證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)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(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。,六、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義,康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家,康普頓效應(yīng),1925—1926年，吳有訓(xùn)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(zhì)，,4、吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn),1923年，參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.,對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。,在同一散射角()測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。,,七、光子的動(dòng)量,動(dòng)量能量是描述粒子的,頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的,光的粒子性,一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律,1.光電效應(yīng)現(xiàn)象,2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律,①對(duì)于任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)；②當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比；③光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10-9秒.,（3）光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋,（2）愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程,三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程,（1）光子：,二、光電效應(yīng)解釋中的疑難,1、在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，,這時(shí)()A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電,B,課堂練習(xí),2、一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是()A.延長(zhǎng)光照時(shí)間B.增大光束的強(qiáng)度C.換用紅光照射D.換用紫光照射,D,3、關(guān)于光子說(shuō)的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，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(gè)光子B.光是具有質(zhì)量、能量和體積的物質(zhì)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(shè)的,B,4、能引起人的視覺(jué)感應(yīng)的最小能量為10-18J，已知可見(jiàn)光的平均波長(zhǎng)約為0.6?m，則進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少為個(gè)，恰能引起人眼的感覺(jué).,3,5、關(guān)于光電效應(yīng)下述說(shuō)法中正確的是()A.光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光的強(qiáng)度增大而增大B.只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)C.在光電效應(yīng)中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無(wú)關(guān)D.任何一種金屬都有一個(gè)極限頻率，低于這個(gè)頻率的光不能發(fā)生光電效應(yīng),D,