1、光的粒子性,光電效應(yīng),1,學(xué)習(xí)交流PPT,17世紀(jì)明確形成了兩大對立學(xué)說,牛頓,惠更斯,微粒說,波動說,19世紀(jì)初證明了波動說的正確性,由于波動說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng),19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說：光具有粒子性,對光學(xué)的研究,從很早就開始了 ,2,學(xué)習(xí)交流PPT,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,一、光電效應(yīng)現(xiàn)象,3,學(xué)習(xí)交流PPT,一、光電效應(yīng)現(xiàn)象,4,學(xué)習(xí)交流PPT,一、光電效應(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)光線(包括不可見光)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(yīng)。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,5,學(xué)習(xí)交流

2、PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,電流表：測光電流的大小 電壓表：測兩級之間的電壓大小 滑動變阻器：改變兩級之間的電壓大小,6,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,實驗表明：保持光頻率、光強不變，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。 保持光頻率不變，增大光強，飽和電流增大,I,O,UAK,Is,黃光（強）,黃光（弱）,7,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,實驗結(jié)論1： 1.存在飽和電流，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。,8,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,I,0,UAK,Is,黃光（強）,黃光（弱）,UAK=0時，Is =0嗎？說明

3、了什么？,9,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,使光電流減小到零的反向最小電壓叫遏止電壓,遏止電壓的大小表明逸出電子的初動能大小,10,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,實驗表明：,對于一定顏色（頻率）的光，無論光的強弱如何，遏止電壓都是一樣的。且光的頻率v改變時，遏止電壓也會改變。,I,I,黃光（ 強）,黃光（ 弱）,遏 止 電 壓,藍(lán)光,U2,U1,11,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,實驗結(jié)論2：,存在遏制電壓 ，且跟光的頻率有關(guān) ，與光強無關(guān) ，進(jìn)而說明逸出光電子的最大初動能與光頻率有關(guān)，與光強無關(guān),I,U,12,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,實驗表明：,

4、當(dāng)入射光的頻率減小到某一數(shù)值c時，沒有光電子發(fā)出。,實驗結(jié)論3：存在截止頻率，當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不能發(fā)生光電效應(yīng)。,13,學(xué)習(xí)交流PPT,二.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,實驗表明： 產(chǎn)生光電流的時間不超過109s。即光電效應(yīng)發(fā)生幾乎是瞬時的 實驗結(jié)論4：光電效應(yīng)具有瞬時性,14,學(xué)習(xí)交流PPT,三.光電效應(yīng)解釋中的疑難,看課本思考兩個問題： 1.什么是逸出功？ 2.經(jīng)典電磁理論在哪些方便與實驗結(jié)論矛盾？,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。,15,學(xué)習(xí)交流PPT,以上三個結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應(yīng)。,三.光電效應(yīng)解釋中的疑難,實驗結(jié)論

5、,經(jīng)典電磁理論,入射光的越強，飽和電流越大,強度越大，逸出的光電子數(shù)越多，光電流越大,遏止電壓只與頻率有關(guān)，而與強度無關(guān)。,遏止電壓應(yīng)與入射光的強度有關(guān)。,如果光較弱，只要積累足夠長時間，電子獲得足夠能量就會形成光電子,存在截止頻率c 當(dāng)入射光頻率低于截止頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng),光電效應(yīng)具有瞬時性,能量的可以隨時間積累,對比,吻合,不符,不符,不符,16,學(xué)習(xí)交流PPT,四.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,光量子假設(shè)：光子說,光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為的光的能量子為h。這些能量子后來被稱為光子。,我來了,17,學(xué)習(xí)交流PPT,3.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,或,光電子最大初動能,金屬

6、的逸出功,W0,一個電子吸收一個光子的能量h后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：,三.愛因斯坦的光量子假設(shè),18,學(xué)習(xí)交流PPT,四.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,（3）對光電效應(yīng)的實驗現(xiàn)象解釋：,光強較大時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。,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極限頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)； 2、光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大； 3、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.,19,學(xué)習(xí)交流PPT

7、,愛因斯坦由于對光電效應(yīng)的理論解釋和對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎,密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，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(xué)獎,。,20,學(xué)習(xí)交流PPT,1、光電效應(yīng)的實驗結(jié)論是：對于某種金屬() A無論光強多強，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng) B無論光的頻率多低，只要光照時間足夠長就能產(chǎn)生光電效應(yīng) C超過極限頻率的入射光強度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越小 D超過極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能就越大,AD,21,學(xué)習(xí)交流PPT,2、在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得

8、到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示則可判斷出(),A甲光的頻率大于乙光的頻率 B乙光的波長大于丙光的波長 C乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率 D甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能,B,22,學(xué)習(xí)交流PPT,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 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射的X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。,四.康普頓效應(yīng),2.康普頓效應(yīng),康普頓(1892-1962) 美國物理學(xué)家,23,學(xué)習(xí)交流PPT,19251926年，吳有訓(xùn)

9、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)，,吳有訓(xùn)對研究康普頓效應(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.,對證實康普頓效應(yīng)作出了 重要貢獻(xiàn)。,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。,24,學(xué)習(xí)交流PPT,1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難,根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)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(yīng)等于入射光頻率。,康普頓效應(yīng)解釋中的疑難,2.光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋,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

10、，于是散射光的波長大于入射光的波長。,25,學(xué)習(xí)交流PPT,六、光子的能量與動量,26,學(xué)習(xí)交流PPT,頻率和波長則是用來描述波動性的物理量,動量：,能量：,能量和動量是描述粒子性的物理量,普朗克常量h架起了粒子性和波動性之間的橋梁,1924年，德布羅意最早想到了這個問題，并且大膽地設(shè)想，對于光子的波粒二象性會不會也適用于實物粒子。,17.3 粒子的波動性,一.光的波粒二象性,27,學(xué)習(xí)交流PPT,德布羅意大膽地設(shè)想，波粒二象性不是光所特有的，一切實物粒子也具有波粒二象性。,德布羅意波：每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相對應(yīng)的波稱為德布羅意波或物質(zhì)波。,二.實物粒子的波動性,德布羅意公式：,德布羅意 法國物理學(xué)家,28,學(xué)習(xí)交流PPT,1927年 G.P.湯姆遜（J.J.湯姆孫之子） 也獨立完成了電子衍射實驗。與 C.J.戴維森共獲 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎。,2. 電子衍射實驗2,電子束在穿過細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。,此后，人們相繼證實了原子、分子、中子等都具有波動性。,29,學(xué)習(xí)交流PPT,三、宏