光的粒子性教學課件人教課標版

1、17.2 光的粒子性第十七章 波粒二象性第1頁，共27頁。二、光電效應現象 用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，用導線與不帶電的驗電器相連，使驗電器張角增大到約為30度。 再用與絲綢磨擦過的玻璃去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。結論：鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。第2頁，共27頁。光電效應： 當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。 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。第3頁，共27頁。三、實驗研究光電效應的規(guī)律1、存在飽和電流 當A接正極，K接負極時，控制入射光的強度一定，使UAK從0開始增大，觀察到電流表的示數一開始增大，到某一數值后就不再增大。

2、 這個最大電流就叫做飽和電流。A陽極陰極 + - 第4頁，共27頁。對存在飽和電流的解釋： K板逸出的電子向各個方向運動，如果不加電壓，很多電子無法到達A板，無法形成較大電流。 加上電壓后，越來越多的電子到達A板，電流越來越大。 但是，如果所有電子都達到了A板，繼續(xù)增大電壓，就無法再增大電流。A陽極陰極 + - 第5頁，共27頁。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？第6頁，共27頁。2、存在遏止電壓Uc （反向截止電壓） 當A接負極，K接正極時，控制入射光的強度一定，使UKA從0開始增大，觀察到電流表的示數逐漸減小到0。 電流剛減小到0時對應的UKA叫做遏止

3、電壓Uc。A陽極陰極 - + 第7頁，共27頁。對存在遏止電壓的解釋： 加上反向電壓后，電子受到的電場力方向與運動方向相反，電子減速。 如果反向電壓足夠大，電子將無法達到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能。+ + + + + + 一 一 一 一 一 一EEFvUKA第8頁，共27頁。 IUc2OU黃光（ 強）黃光（ 弱）實驗測得的光電效應曲線藍光Uc1遏止電壓飽和電流Is第9頁，共27頁。3、存在截止頻率c 當入射光的頻率減小到某一數值c時，無論光的強度多大，加上怎樣的電壓，都不會有光電流。 這個臨界頻率叫做截止頻率c。A陽極陰極

4、- + 第10頁，共27頁。4、光電效應的瞬時性 當入射光的頻率超過截止頻率時，無論光如何微弱，幾乎在瞬間就會產生光電流。時間間隔不超過10-9s。第11頁，共27頁。經典的理論無法解釋光電效應中的一些現象：推論1：光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓Uc應與光的強弱有關。實驗結果：遏止電壓只與光的頻率有關。對于一定顏色（頻率）的光, 無論光的強弱如何，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，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。實驗結果：對于不同的物體，都有相應的截止頻率。推論3：如果光很弱，電子需要很長時間才能獲得逸出表面需要的能量。實驗結果：時間小

5、于10-9s第12頁，共27頁。四、愛因斯坦的光電效應方程1、光子：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。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、一個電子一瞬間吸收一個光子的能量，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的最大初動能Ek，即： 上式即為愛因斯坦的光電效應方程。 如果電子克服阻力做功大于逸出功，則逸出后電子的初動能小于最大初動能。第13頁，共27頁。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

6、大小只與單位時間內的光子數有關。2、截止頻率只與金屬的逸出功有關，即只與金屬的種類有關。3、遏制電壓與入射光頻率和逸出功有關。第14頁，共27頁。思考1：同種頻率的光射到同種金屬上，增強入射光時，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：相同強度（單位時間內的能量）的單色光射到同種金屬上，增加入射光的頻率時，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。第15頁，共27頁。五、光電效應方程的圖像：1、外加電壓和光電流的關系（同種金屬） 光的強弱影響飽和電流 光的頻率影響遏制電壓IUc2OU黃光（強）黃光（弱）藍光Uc1第16頁，共27頁。2、

7、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-曲線畫在同一張圖像中，會是怎樣的？Uc-W0/ec第17頁，共27頁。六、光電效應方程的驗證 密立根設計實驗，測量金屬的遏止電壓與入射光頻率的關系曲線，根據曲線斜率算出普朗克常數h，進而與普朗克從黑體輻射得出的h相比較。實驗結論：兩種方法計算出的普朗克常數幾乎一樣，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成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學獎。 密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位，獲得1923年諾貝爾物理學獎

8、第18頁，共27頁。七、康普頓效應1、光的散射 光在介質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現象叫做光的散射。2、康普頓效應 康普頓在做 X 射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現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，而與入射波長和散射物質都無關。第19頁，共27頁。3、康普頓散射實驗的裝置 晶體 光闌X 射線管探測器X 射線譜儀 石墨體(散射物質)j0散射波長第20頁，共27頁。4、康普頓效應的解釋 經典理論：光的散射不會改變光的波長和頻率。 光子模型解釋：根據動量守恒定律，發(fā)生碰撞后光子的動量會發(fā)生變化。 光子的動量與波長存在一定的關

9、系： 發(fā)生碰撞后，光子的動量減小，即光的波長增大。 散射角不同，說明碰撞后光子的動量也不同，光的波長也不同。第21頁，共27頁。也可以從光子能量的角度解釋康普頓效應： 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，光子能量的減小也不同，頻率的減小也不同。第22頁，共27頁。5、康普頓效應的意義(1) 有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(2)首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(3)證實了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。 康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”。 康普頓于1927

10、年獲諾貝爾物理學獎。第23頁，共27頁。例1、一束黃光照射某金屬表面時，不能產生光電效應，則下列措施中可能使該金屬產生光電效應的是( )A、延長光照時間B、增大光束的強度C、換用紅光照射D、換用紫光照射答案：D【課堂練習】第24頁，共27頁。例2、關于光電效應下述說法中正確的是( )A、光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大B、只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一定能產生光電效應C、在光電效應中，飽和光電流的大小與入射光的頻率無關D、任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能發(fā)生光電效應答案：D【課堂練習】第25頁，共27頁。【課堂練習】例3、在可見光范圍內，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？答案： 在可見光范圍內，紫光的光子能量最大，因為其頻率最高，但紫光不是最亮的。 光的亮度由兩個因素決定，一為光強，二為人眼的視覺靈敏度。 在