光的粒子性課件

光的粒子性課件第1頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三問題1：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程？第2頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。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第3頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三定義：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫做光電子第4頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三1.什么是光電效應(yīng)

當(dāng)光線照射在金屬表面時，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。一、光電效應(yīng)第5頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三陽極陰極石英窗

光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。2.光電效應(yīng)的實驗規(guī)律1.光電效應(yīng)實驗第6頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三陽極陰極

將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。

當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。遏止電壓第7頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三IUcOU光強較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實驗裝置遏止電壓

一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律陽極陰極第8頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三IIsUaOU光強較強光強較弱光電效應(yīng)伏安特性曲線光電效應(yīng)實驗裝置遏止電壓飽和電流

一、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律陽極陰極第9頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三陽極陰極石英窗2.光電效應(yīng)實驗規(guī)律①.光電流與光強的關(guān)系飽和光電流強度與入射光強度成正比。②.截止頻率c----極限頻率對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c。

當(dāng)入射光頻率

>c

時，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率

<c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。③光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電逸出所需時間<10-9s。第10頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實驗結(jié)果。

經(jīng)典認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說，光電子的能量應(yīng)該隨著光強度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。第11頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

光電效應(yīng)實驗表明：飽和電流不僅與光強有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。

光電效應(yīng)具有瞬時性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。

為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。第12頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3.愛因斯坦的光量子假設(shè)1.內(nèi)容

光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為的光是由大量能量為=h光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。

在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功A，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽蹺k

。由能量守恒可得出：2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功；

為光電子的最大初動能。第13頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3.從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系

4.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得極極限頻率：

愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋：

1.光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。

2.電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。第14頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,榮獲1921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)，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。4.光電效應(yīng)理論的驗證

美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，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。第15頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三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驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。第16頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三放大器控制機構(gòu)

可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。4.光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用1.光控繼電器可對微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管第17頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三應(yīng)用光電管光電源電流計IAK第18頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三

康普頓效應(yīng)第2課時第19頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三1.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)

1923年康普頓在做X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)。第20頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三一.康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：晶體

光闌X射線管探測器X射線譜儀

石墨體(散射物質(zhì))j0散射波長第21頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三康普頓正在測晶體對X射線的散射

按經(jīng)典電磁理論：

如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！第22頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三康普頓散射曲線的特點：1.除原波長0外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長。2.新波長隨散射角的增大而增大。

散射中出現(xiàn)≠0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......0第23頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三遇到的困難經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時2.無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，1.根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通第24頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋

康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的子能量幾乎不變，波長不變。小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光光子將與整個原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，是散射光的波長大于入射光的波長。部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于1.若光子和外層電子相碰撞，光子有一結(jié)果，具體解釋如下：第25頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三3.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)。光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋第26頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三三.康普頓散射實驗的意義（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量”

的假設(shè)；（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(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”；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?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。第27頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓,1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(1892-1962)美國物理學(xué)家1927第28頁，共29頁，2023年，2月20日，星期三1925—1926年，吳有