2光電效應(yīng)與光的量子說

1、第,2,節(jié)：光的粒子性,光是電磁波,理論證明：麥克斯韋的經(jīng)典電磁場理論,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,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,再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，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,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,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)

2、度一,定，使,U,AK,從,0,開始增大,觀察到電流表的示數(shù)一開,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,V,G,A,A,K,陽極,陰極,K,板逸出的電子向各,個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如果不加電,壓，很多電子無法到達(dá),A,板，無法形成較大電流,加上電壓后，越來越,多的電子到達(dá),A,板，電流,越來越大,但是，如果所有電子,都達(dá)到了,A,板，繼續(xù)增大,電壓，就無法再增大電流,V,G,A,A,K,陽極,陰極,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,U,c,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,U,KA,從,0,開始增大,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,U,KA,叫做遏止電壓,U,c,V,G,A,A,K,陽極,陰極,加上反向電壓后，電,子受到的電場力方向與運(yùn),動(dòng)方向相反，電子減速,如果反向電壓足夠大,電子將無法達(dá)到,A,板。臨界,的電壓值即為遏止電壓,U,c,其中,v,c,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,E,E,F,v,U,K,A,c,2,2,1,eU,v,m,c,e,c,2,2,1,eU,v,m,c,e,I,U,c,2,O,U,黃光,強(qiáng),黃光,弱,藍(lán)光,U,c1,遏,止,電,壓,飽和電流,

4、I,s,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,V,G,A,A,K,陽極,陰極,4,光電效應(yīng)的瞬時(shí)性,當(dāng)入射光的頻率超過截止頻率時(shí)，無論光,如何微弱，幾乎在瞬間就會(huì)產(chǎn)生光電流。時(shí),間間隔不超過,10,9,s,經(jīng)典的理論無法解釋光電效應(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,U,c,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

5、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,10,9,s,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,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,一部分能量用來克服金屬的逸出功,W,0,剩,下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能,E,k,即,上式即為愛因斯坦的光電效應(yīng)方程,如果電子克服

6、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,0,k,E,h,W,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,金屬的種類有關(guān),3,遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關(guān),0,c,W,h,0,c,h,W,U,e,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,

7、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,I,U,c,2,O,U,黃光（強(qiáng),黃光（弱,藍(lán)光,U,c1,2,遏止電壓,入射光頻率,U,c,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,U,c,曲線畫在,同一張圖像中，會(huì)是怎樣的,U,c,W,0,e,c,0,c,W,h,U,e,e,密立根設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測量金屬的遏止,電壓與入射光頻率的關(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,的正確性,由于愛因斯坦提出的光子假說,

8、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),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),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相同的射,線外，還有比入射波長更長的射線，其波長,的改變量與散射角有關(guān)，而與入射波長和散,射物質(zhì)都無關(guān),3,康普頓散射實(shí)驗(yàn)的裝置,晶體,光闌,X,射線管,探,測,器,X,射線譜儀,石墨體,散射物質(zhì),j,0,散射波長,4,康普頓效應(yīng)的解釋,經(jīng)

9、典理論：光的散射不會(huì)改變光的波長和頻率,光子模型解釋：根據(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，即光的波長增,大,散射角不同，說明碰撞后光子的動(dòng)量也不同,光的波長也不同,p,m,c,2,h,m,c,h,h,p,c,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,光子就是能量