1、第十七章 波粒二象性 第2節(jié) 光的粒子性,人教版選修3-5,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，A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

2、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。,(2) 存在遏止電壓和截止頻率,：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,(2) 存在遏止電壓和截止頻率,a.存在遏止電壓UC,U,K,A,實(shí)驗(yàn)表明:對于一定顏色(頻率)的光, 無論光的強(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。,(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

3、頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。,經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：,b. 存在截止頻率c,對于每種金屬，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)，無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面。,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)。,更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時(shí)間不超過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,(3) 具有瞬時(shí)性,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。這些能量子后來被稱為光子。,愛因斯坦從普

4、朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：,三、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,2、愛因斯坦的光電效應(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：,3、光子說對光電效應(yīng)的解釋,愛因斯坦方程表明，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)無關(guān)。只有當(dāng)hW0時(shí)，才有光電子逸出， 就是光電效應(yīng)的截止頻率。,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。,由于愛因斯坦提出的光子假

5、說成功地說明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,愛因斯坦光子假說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(jiǎng),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(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。

6、,1、光控繼電器,可對微弱光線進(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,四、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用,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(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散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，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長 和散射物質(zhì)都無關(guān)。,四、康普頓效應(yīng),2、康普頓效應(yīng),康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),(1892-1962)美國物理學(xué)家,康普頓效應(yīng),光子的動(dòng)量,動(dòng)量能量是描述粒子的, 頻率和波

7、長則是用來描述波的,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, 對于任何一種金屬，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10-9秒.,（3）光子說對光電效應(yīng)的解釋,（2）愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,二、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,（1）光子：,1、在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來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，