2、光的粒子性解析

———第一课时、光电效应2、光的粒子性一、光电效应物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。1、光电效应:2、光电管:利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号二、光电效应的实验规律实验装置二、光电效应的实验规律二、光电效应的实验规律（1）存在饱和电流光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。实验表明：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。VGAK阳极阴极二、光电效应的实验规律(2)存在遏止电压和截止频率二、光电效应的实验规律实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.光的频率改变时，遏止电压也会改变。c221eUvmcea.存在遏止电压UC光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。VGAK阳极阴极(2)存在遏止电压和截止频率二、光电效应的实验规律VGAK阳极阴极b.对于每种金属，都相应确定的截止频率c。•当入射光频率c时，电子才能逸出金属面；(2)存在遏止电压和截止频率二、光电效应的实验规律(3)具有瞬时性VGAK阳极阴极只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针就立即偏转。光电子发射所经过的时间不超过10－9秒光电效应在极短的时间内完成二、光电效应的实验规律光电效应的规律1、任何一种金属，都存在极限频率υ0，只有当入射光υυ0，才能发生光电效应．2、光电流随入射光强度的增大而增大．3、光电子的最大初动能Ek与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大．4、光电效应的发生几乎是瞬时的,t10-9s．三、光电效应解释中的疑难逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。三、光电效应解释中的疑难以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10S。-9√实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的.光电效应解释中的疑难三.爱因斯坦的光量子假设1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦的光子说hE爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：三.爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程0WhEk或——光电子最大初动能——金属的逸出功W0221cekvmE一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：0WEhk三.爱因斯坦的光量子假设3.光子说对光电效应的解释①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hνW0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。hWc0②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。三.爱因斯坦的光量子假设由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4.光电效应理论的验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。四、光电效应在近代技术中的应用放大器控制机构可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。1.光控继电器K1K2K3K4K5KA可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2.光电倍增管典例精讲例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量很难测Ek，怎样改成Uc与v、W0关系？提示：Ek=eUc由图象求参数的方法：电源电动势和内阻（直接求参数）（用图象求平均值）随堂演练———第2课时、康普顿散射2、光的粒子性一、康普顿效应1.光的散射光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射2.康普顿效应1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，发现：散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。一、康普顿效应康普顿正在测晶体对X射线的散射按经典电磁理论：如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！二.康普顿效应解释中的疑难1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。②无法解释波长改变和散射角关系。2.光子理论对康普顿效应的解释①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。二.康普顿效应解释中的疑难三.康普顿散射实验的意义1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；2.首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；3.证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿效应康普顿效应康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家三.康普顿散射实验的意义三.康普顿散射实验的意义1925—1926年，吴有训用银的X射线(0=5.62nm)为入射线,以15种轻重不同的元素为散射物质，4.吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了重要贡献。在同一散射角()测量各种波长的散射光强度，作了大量X射线散射实验。0120（1897-1977）吴有训四.光子的动量2mcEhchcchmcP2hE2chm光子的动量hEhP动量和能量是描述粒子的,频率和波长是用来描述波的四.光子的动量1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时()A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电B随堂演练随堂演练2、3、如图所示，当开关s断开时候，用光子能量为2.5ev的一束光照射阴极K时，发现电流表示数不为零。闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，发现当电压表示数小于0.6V时，电流表示数仍不为零；电压表示数大于或等于0.6V时，电流表示数为零，求此时光电子的最大初动能和该阴极材料的逸出功。随堂演练随堂演练4、在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能EK与入射光的频率υ的关系如图，由图可求出（）A、该金属的极限频率和极限波长B、普朗克常量C、该金属的逸出功D、单位时间逸出的电子数