1、17.2科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性,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。,一、光電效應(yīng)現(xiàn)象,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,1、光電效應(yīng)：,照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。,發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子,光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流,說(shuō)明：,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,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)

2、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)，I0，,因?yàn)殡娮佑谐跛俣?則I=0，式中UC為遏止電壓,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,(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）,光電流與電壓的關(guān)系,遏 止 電 壓,飽 和 電 流,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,藍(lán)光,U,b,(2)存在遏止電壓和截止頻率,實(shí)

3、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 改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,(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)：,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,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 c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。,(2)存在遏止電壓和截止頻率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)

4、。,更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間不超過(guò)109 秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。,光電效應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)完成,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,(3)具有瞬時(shí)性,勒納德等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：,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)； 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大； 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； 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.,一.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的，所以無(wú)法用經(jīng)典

5、的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。,逸出功W0,使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。,光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。,光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。,不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。,如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 S。,-9,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.,溫度不很高時(shí)，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來(lái)，必須克服這個(gè)引力做

6、功。,二.光電效應(yīng)解釋中的疑難,1.光子：,光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子后來(lái)被稱為光子。,愛(ài)因斯坦的光子說(shuō),愛(ài)因斯坦從普朗克的能量子說(shuō)中得到了啟發(fā)，他提出：,三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè),2.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程,1.光子：,或,光電子最大初動(dòng)能,金屬的逸出功,W0,一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量h后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：,三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè),3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋,愛(ài)因斯坦方程表明，光電子的初動(dòng)能Ek與入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hW0時(shí)，才有光電子逸出， 就是光電效應(yīng)的

7、截止頻率。,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。,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。,三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè),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。,三.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè),愛(ài)因斯坦由于對(duì)

8、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,？,課本P36,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。,四.光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用,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105108 倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。,2.光電倍增管,應(yīng) 用,光電管,光,電源,電流計(jì),I,A,K,康普頓效應(yīng),第2課時(shí),17.1科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性,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

9、叫做光的散射,2.康普頓效應(yīng),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)。,一.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),一.康普頓效應(yīng),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！,一.康普頓效應(yīng),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

10、頓散射。,波長(zhǎng)的偏移為,一.康普頓效應(yīng),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=2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）,一.康普頓效應(yīng),1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難,二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難,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。,無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角關(guān)系。,2.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解

11、釋,二.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難,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)。,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。,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)

12、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)。,三.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,1927,19251926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)。,三.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義,四.光子的動(dòng)量,動(dòng)量能量是描述粒子的, 頻率和

13、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,小結(jié),1.光電效應(yīng)現(xiàn)象,2.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律,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)； 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； 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； 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

14、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,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,練習(xí),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

15、客觀并不存在，而是人為假設(shè)的,練習(xí),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0.6m，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).,練習(xí),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),練習(xí),D,練習(xí),課本P39,1、在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？,在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，紫光的

16、光子能量最大，因?yàn)槠漕l率最高。,紫光不是最亮的。,一為光強(qiáng)，,因?yàn)楣獾牧炼扔蓛蓚€(gè)因素決定，,二為人眼的視覺(jué)靈敏度。,在光強(qiáng)相同的前提下，由于人眼對(duì)可見(jiàn)光中心部位的黃綠色光感覺(jué)最靈敏，因此黃綠色光應(yīng)最亮。,練習(xí),課本P39,2、在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 （1）如果入射光強(qiáng)度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？（2）如果入射光頻率增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？,（1）當(dāng)入射光頻率高于截止頻率時(shí)，光強(qiáng)增加，發(fā)射的光電子數(shù)增多；,當(dāng)入射光頻率低于截止頻率時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)怎么增加，都不會(huì)有光電子發(fā)射出來(lái)。,（2）入射光的頻率增加，發(fā)射的光電子最大初動(dòng)能增加。,練習(xí),課本例題P36,分析,由上面討論結(jié)果,可得：,對(duì)于一定金屬，逸出功W0是

17、確定的，電子電荷e和普朗克常量h都是常量。,所以遏止電壓UC與光的頻率之間是線性關(guān)系,即：Uc圖象是一 條斜率為 的直線,練習(xí),課本例題P36,分析,由上面討論結(jié)果,可得：,遏止電壓Uc與光電子的最大初動(dòng)能Ek有關(guān),Ek越大， Uc越高；Uc為零，Ek為零，即沒(méi)有光電子,所以與遏止電壓Uc=0對(duì)應(yīng)的頻率應(yīng)該是截止頻率c,由以上分析可知：,根據(jù)數(shù)據(jù)作Uc圖象即可求得,遏止電壓Uc=0對(duì)應(yīng)的頻率就是截止頻率c,Uc圖象是一條斜率為 的直線,練習(xí),課本P39,5、根據(jù)圖17.2-2所示研究光電效應(yīng)的電路，利用能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種（或多種）已知頻率的光來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，怎樣測(cè)出普朗克常量？根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明實(shí)驗(yàn)步驟和應(yīng)該測(cè)量的物理量，寫出根據(jù)本實(shí)驗(yàn)計(jì)算普朗克常量的關(guān)系式。,分析：陽(yáng)極與電源負(fù)極相接,陰極與電源正極相接,測(cè)出兩種不同頻率