1、第二節(jié) 光的粒子性,一、光的波動(dòng)性 光是電磁波 理論證明：麥克斯韋的經(jīng)典電磁場(chǎng)理論 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：赫茲的電火花實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電磁波的速度和光速相同。 其它實(shí)驗(yàn)證據(jù)： 1、光的干涉：托馬斯楊 2、光的衍射：菲涅爾 3、光的偏振：馬呂斯 演示,二、光電效應(yīng)現(xiàn)象 用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，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。 再用與絲綢磨擦過(guò)的橡膠棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。 結(jié)論：鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。,光電效應(yīng)： 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。,三、實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)

2、的規(guī)律 1、存在飽和電流 當(dāng)A接正極，K接負(fù)極 時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一 定，使UAK從0開(kāi)始增大， 觀察到電流表的示數(shù)一開(kāi) 始增大，到某一數(shù)值后就 不再增大。 這個(gè)最大電流就叫做 飽和電流。,對(duì)存在飽和電流的解釋?zhuān)?K板逸出的電子向各 個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如果不加電 壓，很多電子無(wú)法到達(dá)A 板，無(wú)法形成較大電流。 加上電壓后，越來(lái)越 多的電子到達(dá)A板，電流 越來(lái)越大。 但是，如果所有電子 都達(dá)到了A板，繼續(xù)增大 電壓，就無(wú)法再增大電流。,思考1：如果AK之間不加電壓，電流是否為0？ 思考2：如何才能使電流為0？,2、存在遏止電壓Uc （反向截止電壓） 當(dāng)A接負(fù)極，K接正極 時(shí)，控制入射光的強(qiáng)度一 定，

3、使UKA從0開(kāi)始增大， 觀察到電流表的示數(shù)逐漸 減小到0。 電流剛減小到0時(shí)對(duì)應(yīng) 的UKA叫做遏止電壓Uc。,對(duì)存在遏止電壓的解釋?zhuān)?加上反向電壓后，電 子受到的電場(chǎng)力方向與運(yùn) 動(dòng)方向相反，電子減速。 如果反向電壓足夠大， 電子將無(wú)法達(dá)到A板。臨界 的電壓值即為遏止電壓Uc。 其中，vc是所有光電子的最大初速度， 是光電子的最大初動(dòng)能。,+ + + + + +,一 一 一 一 一 一,3、存在截止頻率c 當(dāng)入射光的頻率減小 到某一數(shù)值c時(shí)，無(wú)論光 的強(qiáng)度多大，加上怎樣的 電壓，都不會(huì)有光電流。 這個(gè)臨界頻率叫做截 止頻率c。,4、光電效應(yīng)的瞬時(shí)性 當(dāng)入射光的頻率超過(guò)截止頻率時(shí)，無(wú)論光如何微弱，

4、幾乎在瞬間就會(huì)產(chǎn)生光電流。時(shí)間間隔不超過(guò)10-9s。,經(jīng)典的理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)中的一些現(xiàn)象： 推論1：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)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：遏止電壓只與光的頻率有關(guān)。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。 推論2：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。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對(duì)于不同的物體，都有相應(yīng)的截止頻率。 推論3：如果光很弱，電子需要很長(zhǎng)時(shí)間才能獲得逸出表面需要的能量。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：時(shí)間小于10-9s,四、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程 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

5、光的能量子為h。這些能量子后來(lái)被稱為光子。 2、電子從金屬中逃逸，需要克服阻力做功。使電子脫離金屬所要做的最小的功，叫做金屬的逸出功。 不同金屬的逸出功是不同的。 3、一個(gè)電子一瞬間吸收一個(gè)光子的能量，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek，即： 上式即為愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程。 如果電子克服阻力做功大于逸出功，則逸出后電子的初動(dòng)能小于最大初動(dòng)能。,影響飽和電流、遏制電壓、截止頻率的因素 1、只要入射光頻率超過(guò)截止頻率，飽和電流的大小只與單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)有關(guān)。 2、截止頻率只與金屬的逸出功有關(guān)，即只與金屬的種類(lèi)有關(guān)。 3、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān)。

6、,思考1：同種頻率的光射到同種金屬上，增強(qiáng)入射光時(shí)，飽和電流、遏止電壓分別如何變化？ 答案：飽和電流增大，遏止電壓不變。 思考2：相同強(qiáng)度（單位時(shí)間內(nèi)的能量）的單色光射到同種金屬上，增加入射光的頻率時(shí)，飽和電流、遏止電壓分別如何變化？ 答案：飽和電流減小，遏止電壓增大。,五、光電效應(yīng)方程的圖像： 1、外加電壓和光電流的關(guān)系（同種金屬） 光的強(qiáng)弱影響飽和電流 光的頻率影響遏制電壓,2、遏止電壓-入射光頻率：Uc-圖像 思考1：截距和斜率的物理意義分別是什么？ 思考2：如果將兩種不同金屬的Uc-曲線畫(huà)在同一張圖像中，會(huì)是怎樣的？,六、光電效應(yīng)方程的驗(yàn)證 密立根設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量金屬的遏止電壓與入射光頻

7、率的關(guān)系曲線，根據(jù)曲線斜率算出普朗克常數(shù)h，進(jìn)而與普朗克從黑體輻射得出的h相比較。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：兩種方法計(jì)算出的普朗克常數(shù)幾乎一樣，從而證明了光子假說(shuō)的正確性。 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)。 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),七、康普頓效應(yīng) 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。 2、康普頓效應(yīng) 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波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改

8、變量與散射角有關(guān)，而與入射波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。,3、康普頓散射實(shí)驗(yàn)的裝置,晶體,光闌,探 測(cè) 器,0,散射波長(zhǎng),4、康普頓效應(yīng)的解釋 經(jīng)典理論：光的散射不會(huì)改變光的波長(zhǎng)和頻率。 光子模型解釋?zhuān)焊鶕?jù)動(dòng)量守恒定律，發(fā)生碰撞后光子的動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化。 光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)存在一定的關(guān)系： 發(fā)生碰撞后，光子的動(dòng)量減小，即光的波長(zhǎng)增大。 散射角不同，說(shuō)明碰撞后光子的動(dòng)量也不同，光的波長(zhǎng)也不同。,也可以從光子能量的角度解釋康普頓效應(yīng)： 發(fā)生碰撞后，光子能量減小，因此光的頻率減小。 碰撞的角度不同時(shí)，光子能量的減小也不同，頻率的減小也不同。,5、康普頓效應(yīng)的意義 (1) 有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè) (2

9、)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”。 康普頓于1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,例1、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 答案：D,例2、關(guān)于光子說(shuō)的基本內(nèi)容有以下幾點(diǎn)，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 答案：ACD,例3、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) 答案：D,課后練習(xí) 例4、在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最