選修3-5第二章光電效應(yīng)

1、第二節(jié) 光電效應(yīng)光的干涉、衍射現(xiàn)象說明了光的干涉、衍射現(xiàn)象說明了光是電磁波光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光還是橫波光還是橫波。1919世紀(jì)世紀(jì)6060年代，年代，麥克斯韋又從理論上確定了麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)光的電磁波本質(zhì)。然而，出人意料的是，。然而，出人意料的是，正當(dāng)人們以為光的波動理論似乎非常完美正當(dāng)人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新用波動說無法解釋的新現(xiàn)象現(xiàn)象-光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其。對這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問題的研究，使得人們對光的又一他相關(guān)問題的研究，使得人們對光的又一本質(zhì)性認(rèn)識

2、得到了發(fā)展。本質(zhì)性認(rèn)識得到了發(fā)展。用弧光燈照射擦得用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，很亮的鋅板，( (注意注意用導(dǎo)線與不帶電的用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相連）驗電器相連），使，使驗電器張角增大到驗電器張角增大到約為約為 3030度時，再用度時，再用與絲綢磨擦過的玻與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張則驗電器的指針張角會變大。角會變大。一、光電效應(yīng)現(xiàn)象一、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表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電1.1.什么是光電效應(yīng)什么是光電效應(yīng) 當(dāng)光線照射在當(dāng)光線照射在金屬表面金屬表面時，能使時，能使金屬中的金屬中的電子電子從表面從表面逸出逸出的現(xiàn)

3、象，稱的現(xiàn)象，稱為為光電效應(yīng)光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子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子定向移動形成的電流叫光電流光電流2.2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1 1）存在飽和電流）存在飽和電流光照不變，增大光照不變，增大UAK，G表中表中電流達(dá)到某一值后不再增大，電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。即達(dá)到飽和值。因為光照條件一定時，因為光照條件一定時，K K發(fā)發(fā)射的電子數(shù)目一定。射的電子數(shù)目一定。實驗表明：實驗表明：入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。（電壓一定時，電流也越大）（電壓

4、一定時，電流也越大）思考：思考：為什么要加正為什么要加正向電壓？不加正向電壓向電壓？不加正向電壓電路中有電流嗎？電路中有電流嗎？分析解答：分析解答：光束照在陰極光束照在陰極K上會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但上會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但只有極少的電子能到達(dá)陽極只有極少的電子能到達(dá)陽極A，電路中電流很小。加了，電路中電流很小。加了正向電壓后，大量的電子在正向電壓后，大量的電子在電場力的作用下向陽極運動，電場力的作用下向陽極運動，形成較大電流。（加正向電形成較大電流。（加正向電壓的目的是放大實驗效果，壓的目的是放大實驗效果，增強(qiáng)實驗增強(qiáng)實驗“可見性可見性”）。）。思考：思考：保持光照條件不變，保持光照條件不變，

5、逐漸加大兩極之間的電壓，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會怎樣變大家分析光電流會怎樣變化？化？VGAK陽極陽極陰極陰極：使光電流減小到零的反：使光電流減小到零的反向電壓向電壓v加反向電壓，如右圖所示：加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子電子速度方向相反，光電子作減速運動。若作減速運動。若c221eUvmcecv速率最大的是最大的最大的初動能初動能U=0時，時，I0，因為電子有初速度因為電子有初速度則則I=0，式中，式中UC為為遏止電壓遏止電壓(2)(2)存在遏止電壓和截止頻率存在遏止電壓和截止頻率存在遏止電壓存在遏止電壓UCEE

6、UFKA實驗表明實驗表明: :對于一定對于一定顏色顏色( (頻率頻率) )的光的光, , 無論光的無論光的強(qiáng)弱如何強(qiáng)弱如何, ,遏止電壓是一遏止電壓是一樣的樣的. . 光的頻率光的頻率 改變改變時，時，遏止電壓也會改變。遏止電壓也會改變。2c12ecm veU=光電子的光電子的能量能量只與只與入射光入射光的頻率的頻率有關(guān)，與入射光的有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。（同種材料）強(qiáng)弱無關(guān)。（同種材料）IIsUaOU黃光（黃光（ 強(qiáng)）強(qiáng)）黃光（黃光（ 弱）弱）光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)伏安特性曲線遏遏止止電電壓壓飽飽和和電電流流藍(lán)光藍(lán)光Ub思考：思考：對剛才的實驗，加對剛才的實驗，加了遏止電壓后，如果再

7、增了遏止電壓后，如果再增大入射光的強(qiáng)度，電路中大入射光的強(qiáng)度，電路中會有光電流嗎？減弱光的會有光電流嗎？減弱光的強(qiáng)度，遏止電壓會減小嗎？強(qiáng)度，遏止電壓會減小嗎？ 經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)入射光的經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)入射光的頻率減小頻率減小到某一數(shù)值到某一數(shù)值時，即使不施加反向電壓也時，即使不施加反向電壓也沒沒有光電流有光電流，這表明已經(jīng)，這表明已經(jīng)沒有光電子沒有光電子了，這了，這一數(shù)值稱為一數(shù)值稱為截止頻率截止頻率或或極限頻率極限頻率。存在截止頻率存在截止頻率對于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率對于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率 c 。 當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率 c 時，時，電子電子才能才能逸出逸出金金屬表

8、面；屬表面；當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率 W0時，才有光電子逸出，時，才有光電子逸出， 就是光電效應(yīng)的截止頻率。就是光電效應(yīng)的截止頻率。hWvc0電子一次性吸收光子的全部能量，不電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。是瞬時發(fā)生的。對于同種顏色（頻率相同）的光，光較對于同種顏色（頻率相同）的光，光較強(qiáng)時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)強(qiáng)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。生的光電子多，因而飽和電流大。0WhvEk由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效

9、應(yīng)的實驗規(guī)律效應(yīng)的實驗規(guī)律, ,榮獲榮獲19211921年諾貝爾物理學(xué)獎。年諾貝爾物理學(xué)獎。 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動理論。它完全違背了光的波動理論。4.4.光電效應(yīng)理論的驗證光電效應(yīng)理論的驗證 美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了了“光電效應(yīng)光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在實驗，結(jié)果在1915年證實了年證實了愛因斯坦方程，愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，的值與理論值完全一致，又一次證明了又一次證明了“光量子光量子”理論的正

10、確。理論的正確。愛因斯坦由于愛因斯坦由于對對光電效光電效應(yīng)應(yīng)的理論解釋和對的理論解釋和對理論理論物理學(xué)物理學(xué)的貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)獲得獲得19211921年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎密立根由于密立根由于研究基本電荷研究基本電荷和和光電效應(yīng)光電效應(yīng)，特別是通過，特別是通過著名的油滴實驗，證明電著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。荷有最小單位。獲得獲得19231923年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎。 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)第第2 2課時課時1.1.光的散射光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用, ,因而傳因而傳播方向發(fā)生改變播方向發(fā)生改變, ,這種現(xiàn)象叫做這種現(xiàn)象叫做光的散射光

11、的散射2.2.康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做年康普頓在做 x 射線通過物質(zhì)散射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線射的實驗時，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長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，有關(guān)，而與入射線波長而與入射線波長 和散射物質(zhì)都無關(guān)和散射物質(zhì)都無關(guān)。五五. .康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)3.3.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體晶體 光闌光闌X 射線管射線管探探測測器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射物質(zhì))j 0散射波長散射波

12、長 按經(jīng)典電磁理論：按經(jīng)典電磁理論： 如果入射如果入射X光是某光是某 種波長的電磁波，種波長的電磁波， 散射光的波長是散射光的波長是 不會改變的！不會改變的！康普頓散射曲線的特點：康普頓散射曲線的特點：a.除原波長除原波長 0外出現(xiàn)了移向長外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長波方向的新的散射波長 。b.新波長新波長 隨散射角的增大隨散射角的增大而增大。而增大。 散射中出現(xiàn)散射中出現(xiàn) 0 的現(xiàn)象，的現(xiàn)象，稱為稱為康普頓散射?？灯疹D散射。波長的偏移為波長的偏移為0 =0Oj=45Oj=90Oj=135Oj. . . . . . . . . .（A）0.7000.750波長波長. . 0 稱為電子的稱

13、為電子的Compton波長波長)cos1 (j j c只有當(dāng)入射波長只有當(dāng)入射波長 0與與 c可比擬時，康普頓效可比擬時，康普頓效應(yīng)才顯著，應(yīng)才顯著，因此要用因此要用X射線才能觀察到射線才能觀察到康普康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角波長的偏移只與散射角j j 有關(guān)，有關(guān)，而與散射而與散射物質(zhì)種類及入射的物質(zhì)種類及入射的X射線的波長射線的波長 0 無關(guān)，無關(guān)，0 c = 0.0241=2.41 10-3nm（實驗值）（實驗值）1.1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難五五. .康普頓效應(yīng)

14、解釋中的疑難康普頓效應(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，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其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射，所以它所發(fā)射的的散射光頻率散射光頻率應(yīng)等于應(yīng)等于入射光頻率入射光頻率。無法解釋波長改變和散射角關(guān)系。無法解釋波長改變和散射角關(guān)系。2.2.光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋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，光子有一部若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，分能量傳給電子，散射光子散射光子的能量減少，的能量減少，于是于是散射光散射光的波長大于的波長大于入

15、射光入射光的波長。的波長。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。前后光子能量幾乎不變，波長不變。 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。1.1.有力地支持了愛因斯坦有力地支持了愛因斯坦“光量子光量子”假設(shè)；假設(shè)； 2.2.首次在實驗上證實了首次在實驗上證實了“光子具有動量光子具有動量”的的假設(shè)；假設(shè)

16、；3.3.證實了證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。動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)來了某種熒光輻射混進(jìn)來了某種熒光輻射”；在計算中起先只；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認(rèn)識到還要用動量守恒?？紤]能量守恒，后來才認(rèn)識到還要用動量守恒?？灯疹D于康普頓于19271927年獲諾貝爾物理獎。年獲諾貝爾物理獎。六六. .康普頓散射實驗的意義康普頓散射實驗的意義康康普普頓頓效效

17、應(yīng)應(yīng)康康普普頓頓效效應(yīng)應(yīng)康普頓康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎年獲諾貝爾物理學(xué)獎(1892-1962)美國物理學(xué)家美國物理學(xué)家192719251926年，吳有訓(xùn)用銀的年，吳有訓(xùn)用銀的X射線射線( 0 =5.62nm) 為入射線為入射線, 以以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，4.4.吳有訓(xùn)對研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)吳有訓(xùn)對研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對證實康普頓效應(yīng)作出了重要對證實康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。貢獻(xiàn)。在同一散射角在同一散射角( )測量測量各種波長的散射光強(qiáng)度，作各種波長的散射光強(qiáng)度，作了大量

18、了大量 X 射線散射實驗。射線散射實驗。0120 j j（1897-19771897-1977） 吳有訓(xùn)吳有訓(xùn)2mcE hchcchmcP2hE 2chm六六. .光子的動量光子的動量hE hP動量能量是描述粒子的動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的頻率和波長則是用來描述波的光的粒子性光的粒子性一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律1.光電效應(yīng)現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象2.光電效應(yīng)實驗規(guī)律光電效應(yīng)實驗規(guī)律 1.1.在演示光電效應(yīng)的實驗中，原來不帶在演示光電效應(yīng)的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針就張開光燈照射

19、鋅板時，驗電器的指針就張開一個角度，如圖所示，一個角度，如圖所示，這時這時( )( )A.A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.B.鋅板帶正電，指針帶正電鋅板帶正電，指針帶正電C.C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B練習(xí)練習(xí)2.2.一束黃光照射某金屬表面時，不能產(chǎn)一束黃光照射某金屬表面時，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( )( )A.A.延長光照時間延長光照時間B.B.增大光束的強(qiáng)度增大光束的強(qiáng)度C.C.換用紅光照射換用紅光照射D.D.

20、換用紫光照射換用紫光照射D練習(xí)練習(xí)練習(xí)練習(xí)D練習(xí)練習(xí)課本課本P361、在可見光范圍內(nèi)，哪種顏色光的光子能量最大？想、在可見光范圍內(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？想看，這種光是否一定最亮？為什么？在可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因為其在可見光范圍內(nèi)，紫光的光子能量最大，因為其頻率最高。頻率最高。紫光不是最亮的。紫光不是最亮的。一為光強(qiáng)，一為光強(qiáng)，因為光的亮度由兩個因素決定，因為光的亮度由兩個因素決定，二為人眼的視覺靈敏度。二為人眼的視覺靈敏度。在光強(qiáng)相同的前提下，由于人眼對可見光中心部位在光強(qiáng)相同的前提下，由于人眼對可見光中心部位的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃

21、綠色光應(yīng)最亮。的黃綠色光感覺最靈敏，因此黃綠色光應(yīng)最亮。練習(xí)練習(xí)課本課本P362、在光電效應(yīng)實驗中、在光電效應(yīng)實驗中 （1）如果入射光強(qiáng)度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？）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？）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，光強(qiáng)增加，）當(dāng)入射光頻率高于截止頻率時，光強(qiáng)增加，發(fā)射的光電子數(shù)增多；發(fā)射的光電子數(shù)增多； 當(dāng)入射光頻率低于當(dāng)入射光頻率低于截止頻率時，無論光強(qiáng)怎么增加，都不會有光截止頻率時，無論光強(qiáng)怎么增加，都不會有光電子發(fā)射出來。電子發(fā)射出來。 （2）入射光的頻率增加，發(fā)射的光電子最大初）入射光的頻

22、率增加，發(fā)射的光電子最大初動能增加。動能增加。練習(xí)練習(xí)課本例題課本例題P36分析ceUWh0由上面討論結(jié)果eWehUc0可得： 對于一定金屬，逸出功對于一定金屬，逸出功W0是確定的，電子電荷是確定的，電子電荷e和普朗克常量和普朗克常量h都是常量。都是常量。所以遏止電壓UC與光的頻率之間是線性關(guān)系eW0hW0即：Uc圖象是一條斜率為 的直線eh練習(xí)練習(xí)分析ceUWh0由上面討論結(jié)果eWehUc0可得：eW0hW0cceKeUvm：E221因為遏止電壓遏止電壓Uc與光電子與光電子的最大初動能的最大初動能Ek有關(guān)有關(guān)Ek越大，越大， Uc越高；越高；Uc為零，為零，Ek為零，即沒有光電子為零，即沒有

23、光電子所以與遏止電壓所以與遏止電壓U Uc c=0=0對應(yīng)的頻率應(yīng)該是截止頻率對應(yīng)的頻率應(yīng)該是截止頻率c c00ceUWh0WhC由以上分析可知：由以上分析可知：根據(jù)數(shù)據(jù)作根據(jù)數(shù)據(jù)作Uc圖象即可求得圖象即可求得遏止電壓遏止電壓U Uc c=0=0對應(yīng)的頻率就是截止頻率對應(yīng)的頻率就是截止頻率c cU Uc c圖象是一條斜率為圖象是一條斜率為 的直線的直線eh練習(xí)練習(xí)5 5、根據(jù)圖、根據(jù)圖17.2-217.2-2所示研究光電效應(yīng)的電路，利用能所示研究光電效應(yīng)的電路，利用能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種（或多種）已知頻率的光來進(jìn)夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種（或多種）已知頻率的光來進(jìn)行實驗，怎樣測出普朗克常量？根據(jù)實驗

24、現(xiàn)象說明實行實驗，怎樣測出普朗克常量？根據(jù)實驗現(xiàn)象說明實驗步驟和應(yīng)該測量的物理量，寫出根據(jù)本實驗計算普驗步驟和應(yīng)該測量的物理量，寫出根據(jù)本實驗計算普朗克常量的關(guān)系式。朗克常量的關(guān)系式。GVAKR單色光單色光分析：陽極與電源負(fù)極相接分析：陽極與電源負(fù)極相接 陰極與電源正極相接陰極與電源正極相接測出兩種不同頻率測出兩種不同頻率1、2光的遏止電壓光的遏止電壓U1、U2代入公式：代入公式：ceUWh0101eUWh202eUWh 當(dāng)入射光頻率分別為當(dāng)入射光頻率分別為1、2時，測出遏止電壓時，測出遏止電壓U1、U2，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得聯(lián)立上兩式，解得聯(lián)立上兩式，解得e

25、UUh2121其中其中e為電子的電量，測出為電子的電量，測出U1與與U2就可測出普朗克就可測出普朗克常量常量實驗步驟：實驗步驟：（1 1）將圖）將圖17.2-217.2-2電路圖電源正負(fù)對調(diào)，滑動變阻器電路圖電源正負(fù)對調(diào)，滑動變阻器滑動觸頭滑至最左邊，用頻率為滑動觸頭滑至最左邊，用頻率為1 1 的光照射，此時的光照射，此時電流表中有電流。電流表中有電流。將滑動變阻器滑動觸頭緩慢右滑，將滑動變阻器滑動觸頭緩慢右滑，同時觀察電流表，當(dāng)電流表示數(shù)為零時，停止滑動。同時觀察電流表，當(dāng)電流表示數(shù)為零時，停止滑動。記下伏特表的示數(shù)記下伏特表的示數(shù)U U1 1。（2 2）用頻率為）用頻率為2 2的光照射，重

26、復(fù)（的光照射，重復(fù)（1 1）的操作，記）的操作，記下伏特表的示數(shù)下伏特表的示數(shù)U U2 2。 （3 3）應(yīng)用）應(yīng)用 計算計算h h。（4 4）多次測量取平均值。）多次測量取平均值。eUUh2121顏色顏色波長波長/nm/nm頻率頻率 /1014HZ遏制電遏制電壓壓U/V最大動能最大動能EKm/eV綠綠蘭蘭紫紫（光強(qiáng)）（光強(qiáng)）紫紫（光弱）（光弱）1.1.電子能不能逸出：電子能不能逸出：2.2.電子能不能從電子能不能從K KAA：加速：加速：減速：減速：0WhEKKKAEEeUKAKEEeU飽和電流與光強(qiáng)有關(guān)飽和電流與光強(qiáng)有關(guān)tneI 如圖所示，一倫琴射線管，如圖所示，一倫琴射線管，K為陰極可產(chǎn)生

27、電子為陰極可產(chǎn)生電子，陰極，陰極K與對陰極與對陰極A外加電壓外加電壓UAK30 kV.設(shè)電子設(shè)電子離開離開K極時速度為零，通過電壓加速后而以極大極時速度為零，通過電壓加速后而以極大的速度撞到對陰極的速度撞到對陰極A上而產(chǎn)生上而產(chǎn)生X射線，假定電子射線，假定電子的全部動能轉(zhuǎn)為的全部動能轉(zhuǎn)為X射線的能量求：射線的能量求：(1)電子到達(dá)電子到達(dá)A極時的速度是多大？極時的速度是多大？(2)從從A極發(fā)出的極發(fā)出的X射線的最短波長是多少？射線的最短波長是多少？(3)若電路中的毫安表的示數(shù)為若電路中的毫安表的示數(shù)為10 mA，則每秒，則每秒從從A極最多能輻射出多少個極最多能輻射出多少個X光子？光子？(已知電

28、子的質(zhì)量已知電子的質(zhì)量me9.11031 kg，電子的電荷量電子的電荷量e1.61019 C，普朗克常量普朗克常量h6.61034 Js)第三節(jié)第三節(jié) 粒子的波動性粒子的波動性光的本質(zhì)是什么？光的本質(zhì)是什么？牛頓的微粒說牛頓的微粒說 PK PK 惠更斯的波動說惠更斯的波動說托馬斯托馬斯楊、菲涅耳楊、菲涅耳波動說波動說麥克斯韋麥克斯韋光的電磁理論光的電磁理論愛因斯坦愛因斯坦光子理論光子理論一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性 光子的能量和動量？光子的能量和動量？hhp 描述光描述光的的粒子粒子性性的物的物理量理量描述光的描述光的波動性波動性的的物理量物理量h架起來粒子性和波動性之間的橋梁架起來粒

29、子性和波動性之間的橋梁二、粒子的波動性二、粒子的波動性光有波粒二象性光有波粒二象性實物粒子（電子、質(zhì)子）實物粒子（電子、質(zhì)子）也有波粒二象性也有波粒二象性hph每一個每一個運動著運動著的粒子與一個對應(yīng)的波相聯(lián)的粒子與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。這種與實物粒子相聯(lián)系的波也叫做德系。這種與實物粒子相聯(lián)系的波也叫做德布羅意波（物質(zhì)波）布羅意波（物質(zhì)波）德布羅意德布羅意三、物質(zhì)波的實驗驗證三、物質(zhì)波的實驗驗證 基本思路：基本思路： 如果電子、質(zhì)子等實物粒子也真的如果電子、質(zhì)子等實物粒子也真的具有波動性，那么它就應(yīng)該能夠發(fā)生具有波動性，那么它就應(yīng)該能夠發(fā)生干涉和衍射。干涉和衍射。 具體困難：具體困難： 要發(fā)生明

30、顯的干涉衍射現(xiàn)象，障礙要發(fā)生明顯的干涉衍射現(xiàn)象，障礙物或狹縫的線度要足夠小。（能與波物或狹縫的線度要足夠小。（能與波長相比較）長相比較）ph算一算算一算1、一個質(zhì)量為、一個質(zhì)量為m=0.01kg、速度為、速度為300m/s的子的子彈，求它的德布羅意波長？彈，求它的德布羅意波長？2、電子槍發(fā)射的電子束（可視為發(fā)射出來是、電子槍發(fā)射的電子束（可視為發(fā)射出來是靜止的），在經(jīng)過靜止的），在經(jīng)過100V電壓加速后，求它的電壓加速后，求它的德布羅意波長？德布羅意波長？ph30001. 01063. 634m1021. 234221mveU meUv2meUmvp2100106 . 1101 . 92106

31、3. 6193134phm102 . 110實驗驗證：實驗驗證： 19271927年戴維孫和湯姆孫（?。┓謩e利用年戴維孫和湯姆孫（?。┓謩e利用電子束照射到晶體晶格上，得到了衍射電子束照射到晶體晶格上，得到了衍射圖樣，從而證實了電子的波動性。他們圖樣，從而證實了電子的波動性。他們因此獲得了因此獲得了19371937年的諾貝爾物理獎。年的諾貝爾物理獎。 后來還陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子后來還陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性，、分子的波動性，19291929年德布羅意獲得年德布羅意獲得了諾貝爾物理獎。了諾貝爾物理獎。CDABD2.2.顯微鏡觀看細(xì)微結(jié)構(gòu)時顯微鏡觀看細(xì)微結(jié)構(gòu)時, ,由于受到

32、衍射現(xiàn)象的由于受到衍射現(xiàn)象的影響而觀察不清影響而觀察不清, ,因此觀察越細(xì)小的結(jié)構(gòu)因此觀察越細(xì)小的結(jié)構(gòu), ,就就要求波長越短要求波長越短, ,波動性越弱波動性越弱. .在加速電壓值相在加速電壓值相同的情況下同的情況下, ,電子顯微鏡與質(zhì)子顯微鏡的分辨電子顯微鏡與質(zhì)子顯微鏡的分辨本領(lǐng)本領(lǐng), ,下列判定正確的是下列判定正確的是( )( )A.A.電子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)電子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)B.B.質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)C.C.兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)相同兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)相同D.D.兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)不便比較兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)不便比較B問題與練習(xí)：問題與練習(xí)： 1，我們根據(jù)什么說光

33、具有波粒二象性？，我們根據(jù)什么說光具有波粒二象性？ 2，一個電子和一個質(zhì)子具有同樣的動能時，它們，一個電子和一個質(zhì)子具有同樣的動能時，它們的德布羅意波長哪個大？的德布羅意波長哪個大？ 3，射擊運動員射擊時會因為子彈的波動性而，射擊運動員射擊時會因為子彈的波動性而“失失準(zhǔn)準(zhǔn)”嗎？為什么？根據(jù)現(xiàn)實情況下子彈質(zhì)量、速度嗎？為什么？根據(jù)現(xiàn)實情況下子彈質(zhì)量、速度大小所對應(yīng)的德布羅意波長來做定性說明。大小所對應(yīng)的德布羅意波長來做定性說明。221mvEKmEvK2KmEmvp2KmEhph2知識回顧知識回顧 光是一種物質(zhì)，它既具有光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性粒子性，又具，又具有有波動性波動性。 一個能量為一

34、個能量為 、動量為、動量為 p 的實物粒子的實物粒子同時具有波動性，同時具有波動性，動量為動量為 P 的粒子波長：的粒子波長：Ph頻率頻率: :h第四節(jié)概率波1.1.經(jīng)典物理學(xué)經(jīng)典物理學(xué)粒子運動的基本特征粒子運動的基本特征：任意時刻的任意時刻的確定位置和速度確定位置和速度以及空中以及空中的的確定軌道確定軌道2.2.經(jīng)典的經(jīng)典的波特征波特征是：具有是：具有頻率和波長頻率和波長，也就是具有也就是具有時空的周期性時空的周期性。 一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波 在經(jīng)典物理學(xué)的觀念中，人們形成了一種觀念，在經(jīng)典物理學(xué)的觀念中，人們形成了一種觀念，物質(zhì)要么具有物質(zhì)要么具有粒子性粒子性，要

35、么具有，要么具有波動性波動性，非此即彼。，非此即彼。 在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認(rèn)識的在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認(rèn)識的局限性，認(rèn)為局限性，認(rèn)為光子的粒子性和波動性絕對不能光子的粒子性和波動性絕對不能統(tǒng)一起來，是相互排斥的統(tǒng)一起來，是相互排斥的. .在結(jié)論上這是在結(jié)論上這是一種一種錯誤錯誤的絕對的認(rèn)識論的絕對的認(rèn)識論 物理學(xué)中物質(zhì)分為物理學(xué)中物質(zhì)分為電子、質(zhì)子電子、質(zhì)子等實等實物和物和電場、磁場電場、磁場等場類的兩大類。等場類的兩大類。 法國物理學(xué)家德布羅意認(rèn)為運動的法國物理學(xué)家德布羅意認(rèn)為運動的物質(zhì)也有波動性，物質(zhì)也有波動性，運動的物質(zhì)對應(yīng)的波運動的物質(zhì)對應(yīng)的波就叫物質(zhì)波。就叫物質(zhì)波。

36、 由于這一理論是德布羅意提出的，由于這一理論是德布羅意提出的，因此也叫因此也叫德布羅意波德布羅意波。 所有的物質(zhì)都有德布羅意波，只是所有的物質(zhì)都有德布羅意波，只是動量越大其波長越短，波動性越弱，粒動量越大其波長越短，波動性越弱，粒子性越強(qiáng)。子性越強(qiáng)。 為了了解光波和物質(zhì)波是什么樣的波，還是從光為了了解光波和物質(zhì)波是什么樣的波，還是從光的波粒二象性入手。的波粒二象性入手。 觀察下圖的光的雙縫干涉實驗。觀察下圖的光的雙縫干涉實驗。實驗原理以及結(jié)論：實驗原理以及結(jié)論： 從光源從光源s s發(fā)出的光通過雙縫發(fā)出的光通過雙縫s s1 1和和s s2 2后后在屏上顯示明暗條紋。按照光的波動理在屏上顯示明暗條

37、紋。按照光的波動理論，論，條紋的明暗表示到達(dá)屏上的光的速條紋的明暗表示到達(dá)屏上的光的速度不同度不同。按照光子的模型，每個同頻光。按照光子的模型，每個同頻光子都帶有一份能量，所以條紋明暗的分子都帶有一份能量，所以條紋明暗的分布應(yīng)該是布應(yīng)該是到達(dá)屏上的光子數(shù)目的分布到達(dá)屏上的光子數(shù)目的分布。 因此，因此，光的強(qiáng)弱對應(yīng)于光子的數(shù)目光的強(qiáng)弱對應(yīng)于光子的數(shù)目，即即明紋處明紋處到達(dá)的光子的數(shù)到達(dá)的光子的數(shù)多多，暗紋處暗紋處到到達(dá)光子數(shù)達(dá)光子數(shù)少少。 這是否可以認(rèn)為，這是否可以認(rèn)為，是光子之間是光子之間的相互作用的相互作用使它表現(xiàn)出了波動行，使它表現(xiàn)出了波動行，而而不是光子本身就具有波動性呢不是光子本身就具

38、有波動性呢？7個光子100個光子300020000一個一個光子依次入射雙縫的衍射實驗：一個一個光子依次入射雙縫的衍射實驗：70000體現(xiàn)了粒子性體現(xiàn)了粒子性體現(xiàn)了波動性體現(xiàn)了波動性粒子出現(xiàn)粒子出現(xiàn)的概率高的概率高粒子出現(xiàn)的概率低粒子出現(xiàn)的概率低 實驗結(jié)果表明，如果曝光實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些底片上只出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點子無規(guī)則分布的點子，那些，那些點子是光子打在底片上形成的，如果曝光點子是光子打在底片上形成的，如果曝光時時間足夠長間足夠長，我們，我們無法無法把它們把它們區(qū)分開區(qū)分開，因此看，因此看起來起來是連續(xù)的是連續(xù)的. .單個光子通過雙縫后的落點無單個

39、光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測法預(yù)測, ,但是研究很多光子打在膠片上的位置但是研究很多光子打在膠片上的位置, ,我們發(fā)現(xiàn)了我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性規(guī)律性: :光子落在某些條形區(qū)光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大域內(nèi)的可能性較大. .這些條形區(qū)域正是這些條形區(qū)域正是某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強(qiáng)某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強(qiáng)的區(qū)域。這個現(xiàn)象表明，光子在空間各的區(qū)域。這個現(xiàn)象表明，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小點出現(xiàn)的可能性的大?。ǜ怕剩＃ǜ怕剩?。 正是由于這個原因，正是由于這個原因，19261926年德國的年德國的物理學(xué)家波恩指出：物理學(xué)家波恩指出：雖然不能肯定某個雖然不能肯定某個光子落在哪一

40、點，但由屏上各處明暗不光子落在哪一點，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點的概率是不一樣同可知，光子落在各點的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率大，落在的，即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小暗紋處的概率小。這就是說，光子在空。這就是說，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以，從光子的概念上看，所以，從光子的概念上看，光波是一種光波是一種概率波概率波。 馬克斯馬克斯玻恩玻恩(Max Born 18821970)德國理德國理論物理學(xué)家，研究原子系論物理學(xué)家，研究原子系統(tǒng)的規(guī)律，創(chuàng)立了矩陣力統(tǒng)的規(guī)律，創(chuàng)立了矩陣力學(xué)，這個理論解決了舊量學(xué)，

41、這個理論解決了舊量子論不能解決的有關(guān)原子子論不能解決的有關(guān)原子理論的問題。是量子力學(xué)理論的問題。是量子力學(xué)的奠基人之一。的奠基人之一。 1 1、德布羅意波的統(tǒng)計解釋：、德布羅意波的統(tǒng)計解釋： a a、個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性、個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性b b、大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服、大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。從一定的統(tǒng)計規(guī)律。二、概率波二、概率波 、概率波對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋：、概率波對光的雙縫干涉現(xiàn)象的解釋：a a、光子落在明處的概率大，落、光子落在明處的概率大，落在暗處的概率小。在暗處的概率小。b b、光波是一種概率波、光

42、波是一種概率波. .19261926年德國物理學(xué)家波恩指出：年德國物理學(xué)家波恩指出： 物理學(xué)中把物理學(xué)中把光波叫做概率波光波叫做概率波。 概率表征某一事物概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性出現(xiàn)的可能性。 經(jīng)過長期的探索，人們發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過長期的探索，人們發(fā)現(xiàn)：光既是一種波光既是一種波, ,又是一種粒子又是一種粒子, ,光既光既表現(xiàn)出波動性又表現(xiàn)出粒子性。表現(xiàn)出波動性又表現(xiàn)出粒子性。a a、大量光子行為顯示波動性；、大量光子行為顯示波動性； 個別光子行為顯示粒子性；個別光子行為顯示粒子性；b b、光的波長越長，波動性越強(qiáng)；、光的波長越長，波動性越強(qiáng)； 光的波長越短，粒子性越強(qiáng)。光的波長越短，粒子性越強(qiáng)。

43、、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)： 、概率波對物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋：、概率波對物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋：對于對于電子電子和其他和其他微觀粒子微觀粒子，由于同樣，由于同樣具有波粒具有波粒二象性二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波概率波。也就是說，單個粒子位置是不確定的。對于大量也就是說，單個粒子位置是不確定的。對于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果。粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果。 按光子的模型，用統(tǒng)計觀點按光子的模型，用統(tǒng)計觀點看待單個粒子與粒子總體的聯(lián)系，看待單個粒子與粒子總體的聯(lián)系，并將波

44、的觀點與粒子觀點結(jié)合起并將波的觀點與粒子觀點結(jié)合起來了，但這里的波是特殊意義的來了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為波，因而被稱為“概率波概率波” 這這種種對物質(zhì)波衍射與實物粒子的波對物質(zhì)波衍射與實物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計解釋粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計解釋或概率解釋或概率解釋 1. 下列說法正確的是下列說法正確的是 （ ） A.光波是光波是種概率波種概率波 B.光波是一種電磁波光波是一種電磁波 C.單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時光子的能量改變質(zhì)時光子的能量改變 D.單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時，光的波長不變質(zhì)時，光的波長不變AB

45、 2、對于某單色光，玻璃的折射率比水、對于某單色光，玻璃的折射率比水的大，則此單色光在玻璃中傳播時的大，則此單色光在玻璃中傳播時 ( ) A其速度比在水中的大，其波長比在其速度比在水中的大，其波長比在水中的長水中的長 B其速度比在水中的大其速度比在水中的大，其波長比在，其波長比在水中的短水中的短 C其速度比在水中的小，其波長比在其速度比在水中的小，其波長比在水中的短水中的短 D其速度比在水中的小，其波長比在其速度比在水中的小，其波長比在水中的長水中的長C3、下列說法中正確的是、下列說法中正確的是 ( )A光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性性B光的頻率越大，波長越

46、大光的頻率越大，波長越大C光的波長越大，光子的能量越大光的波長越大，光子的能量越大D光在真空中的傳播速度為光在真空中的傳播速度為3 108m/sAD 4、為了強(qiáng)調(diào)物理學(xué)對當(dāng)今社會的重要作用、為了強(qiáng)調(diào)物理學(xué)對當(dāng)今社會的重要作用并紀(jì)念愛因斯坦，并紀(jì)念愛因斯坦，2004年聯(lián)合國第年聯(lián)合國第58次大會把次大會把2005年定為國際物理年愛因斯坦在年定為國際物理年愛因斯坦在100年前發(fā)年前發(fā)表了表了5篇重要論文，內(nèi)容涉及狹義相對論、量子篇重要論文，內(nèi)容涉及狹義相對論、量子論和統(tǒng)計物理學(xué)，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展作出了巨論和統(tǒng)計物理學(xué)，對現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)某人學(xué)了有關(guān)的知識后，有如下理解，大貢獻(xiàn)某人學(xué)

47、了有關(guān)的知識后，有如下理解，其中正確的是其中正確的是 （ ） A.光既具有波動性，又具有粒子性光既具有波動性，又具有粒子性 B.實物粒子只有粒子性沒有波動性實物粒子只有粒子性沒有波動性 C.在光電效應(yīng)的實驗中，入射光強(qiáng)度增大，在光電效應(yīng)的實驗中，入射光強(qiáng)度增大，光電子的最大初動能隨之增大光電子的最大初動能隨之增大 D.質(zhì)能方程表明：物體具有的能量與它的質(zhì)質(zhì)能方程表明：物體具有的能量與它的質(zhì)量有簡單的正比關(guān)系量有簡單的正比關(guān)系A(chǔ)D 5、在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，、在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色

48、濾光片（只能透過紅光），的一縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時（）這時（） A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失顏色的雙縫干涉條紋消失 B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在顏色的雙縫干涉條紋依然存在 C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮屏上仍有光亮 D.屏上無任何光亮屏上無任何光亮C三、不確定度關(guān)系三、不確定度關(guān)系 經(jīng)典力學(xué)：經(jīng)典力學(xué)：運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。 微觀粒子：微觀粒子：位置、動量等具有不確定量（概率）。位置、動量等具有不確定量（概率）。 電子衍射中的不確定度電子衍射中的不確定度一束電子以速度一束電子以速度 v v 沿沿