高二物理光的粒子性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,17.2,光的粒子性,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,1905,爱因斯坦光子说,波动性,粒子性,1801,托马斯,杨,双缝干涉,实验,1814,菲涅耳,衍射实验,赫兹,电磁波实验,1888,赫兹,发现光电效应,牛顿微粒说占主导地位,波动说,渐成真理,.,光的本性历史回顾,把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开，用紫外线灯照射锌板，验电器指针夹角变小。这说明了什么？,一、光电效应现象,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,1.,什么是光电效应,当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为,光电效应,。,逸出的电子称为,光电子,。,一,.,光电效应的实验规律,光电子定向移动形成的电流叫,光电流,一,.,光电效应的实验规律,2.,光电效应实验,规律,（,1,）存在饱和电流,光照不变，增大,U,AK,，,G,表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,说明在一定的光照条件下，单位时间内,K,发射的电子数目一定。,在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大,实验表明：,对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多,光照不变,，增大,U,AK,，,G,表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,说明在一定的光照条件下，单位时间内,K,发射的电子数目一定。,在光的颜色不变,的情况下，入射光越强，饱和电流越大,实验表明：,对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多,：使光电流减小到零的反向电压,+,一 一 一 一 一 一,v,加反向电压，如右图所示：,光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若,最大的初动能,U,=0,时，,I,0,，,因为电子有初速度,则,I=0,，式中,U,C,为,遏止电压,一,.,光电效应的实验规律,(2),存在,遏止电压和截止频率,a.,存在,遏止电压,U,C,E,E,U,F,K,A,一,.,光电效应的实验规律,b.,存在,截止频率（极限频率,）,c:,不施加反向电压时也没有光电子射出时所对应的频率,1,）不同的金属截止频率,c,不同,。,2,）当入射光频率,c,时，电子才能逸出金属表面；,3,）当入射光频率,W,0,时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。,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。,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,光电效应显示了光的粒子性,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,。,光电管,光,电源,电流计,I,A,K,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。,四,.,光电效应在近代技术中的应用,1.,光控继电器,可对微弱光线进行放大，可使光电流放大,10,5,10,8,倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面,。,2.,光电倍增管,思考与讨论,？,课本,P33,练习,课本例题,P,36,分析,由上面讨论结果,可得：,对于一定金属，逸出功,W,0,是确定的，电子电荷,e,和普朗克常量,h,都是常量。,所以遏止电压,U,C,与光的频率,之间是线性关系,即：,U,c,图象是一,条斜率为 的直线,练习,课本例题,P,33,分析,遏止电压,U,c,与光电子的最大初动能,E,k,有关,E,k,越大，,Uc,越高；,Uc,为零，,E,k,为零，即没有光电子,所以与遏止电压,U,c,=0,对应的频率应该是截止频率,c,由以上分析可知：,根据数据作,U,c,图象即可求得,遏止电压,U,c,=0,对应的频率就是截止频率,c,U,c,图象是一条斜率为 的直线,练习,课本,P36,1,、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？,在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。,紫光不是最亮的。,一为光强，,因为光的亮度由两个因素决定，,二为人眼的视觉灵敏度。,在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。,练习,课本,P36,2,、在光电效应实验中 （,1,）如果入射光强度增加，将产生什么结果？（,2,）如果入射光频率增加，将产生什么结果？,（,1,）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；,当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。,（,2,）入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。,练习,课本,P36,5,、根据图,17.2-2,所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。,G,V,A,K,R,单色光,分析：阳极与电源负极相接,阴极与电源正极相接,测出两种不同频率,1,、,2,光的遏止电压,U,1,、,U,2,代入公式：,实验步骤：,（,1,）将图,17.2-2,电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为,1,的光照射，此时电流表中有电流。,将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，,同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。,记下伏特表的示数,U,1,。,（,2,）用频率为,2,的光照射，重复（,1,）的操作，记下伏特表的示数,U,2,。,（,3,）应用 计算,h,。,（,4,）多次测量取平均值。,当入射光频率分别为,1,、,2,时，测出遏止电压,U,1,、,U,2,，由爱因斯坦光电效应方程可得,联立上两式，解得,其中,e,为电子的电量，测出,U,1,与,U,2,就可测出普朗克常量,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,3.,康普顿散射的实验装置与规律：,晶体,光阑,X,射线管,探,测,器,X,射线谱仪,石墨体,(,散射物质,),j,0,散射波长,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！,一,.,康普顿效应,康普顿散射曲线的特点：,a.,除原波长,0,外出现了移向长波方向的新的散射波长,。,b.,新波长,随散射角的增大而增大。,散射中出现,0,的现象，称为,康普顿散射。,波长的偏移为,=0,O,j,=45,O,j,=90,O,j,=135,O,j,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,o,（,A,）,0.700,0.750,波长,.,.,.,.,.,.,.,0,一,.,康普顿效应,称为电子的,Compton,波长,只有当入射波长,0,与,c,可比拟时，康普顿效应才显著，,因此要用,X,射线才能观察到,康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。,波长的偏移只与散射角,有关，,而与散射物质,种类及入射的,X,射线的波长,0,无关，,c,=0.0241=2.4110,-3,nm,（实验值）,一,.,康普顿效应,1.,经典电磁理论在解释康普顿效应时,遇到的困难,二,.,康普顿效应解释中的疑难,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,。,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,二,.,康普顿效应解释中的疑难,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。,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。,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。,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。,康普顿于,1927,年获诺贝尔物理奖。,三,.,康普顿散射实验的意义,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,1927,19251926,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。,（,1897-1977,）,吴有训,三,.,康普顿散射实验的意义,四,.,光子的动量,动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的,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,练习,2.,一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是,(),A.,延长光照时间,B.,增大光束的强度,C.,换用红光照射,D.,换用紫光照射,D,练习,3.,关于光电效应下述说法中正确的是,(),A.,光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大,B.,只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应,C.,在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关,D.,任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应,练习,D,