光的粒子性.ppt

第四章 波粒二象性,2、光電效應與光的量子說 3、光的波粒二象性,定義：,當光(包括不可見光)的照射金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象叫做光電效應。,逸出的電子叫做光電子,一.光電效應,二.光電效應的實驗規(guī)律,(1)存在截止頻率及瞬時性,當入射光頻率 c 時，電子才能逸出金屬表面；,當入射光頻率 c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。,當入射光頻率 c時，無論光強多弱，光電子總是立刻發(fā)射出來。,一.光電效應的實驗規(guī)律,（3）光電子的動能與入射光的頻率關系,實驗表明： 光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關系。,一.光電效應的實驗規(guī)律,（2）存在飽和電流,光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。,實驗表明： 入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。,光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。,不存在截止頻率,二.經(jīng)典電磁學解釋光電效應的疑難,(1)存在截止頻率問題,（3）存在飽和電流,(2)瞬時性問題,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。,愛因斯坦的光子說,三.愛因斯坦的光量子假設,2.愛因斯坦的光電效應方程,或,光電子最大初動能,金屬的逸出功,W0,一個電子吸收一個光子的能量h后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：,三.愛因斯坦的光量子假設,3.光子說對光電效應的解釋,三.愛因斯坦的光量子假設,(1)存在截止頻率及瞬時性,（2）存在飽和電流,（3）光電子的動能與入射光的頻率關系,愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。,4.光電效應理論的驗證,美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在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。,三.愛因斯坦的光量子假設,愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得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,。,四.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(xiàn)象叫做光的散射,2.康普頓效應,1923年康普頓在做 X 射線通過物質散射的實驗時，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，而與入射線波長和散射物質都無關。,四.康普頓效應,1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難,五.經(jīng)典電磁學解釋康普頓效應的疑難,頻率改變問題；,波長改變和散射角關系。,2.光子理論對康普頓效應的解釋,若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。,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，由于光子質量遠小于原子質量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞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關，所以波長改變和散射角有關。,五.經(jīng)典電磁學解釋康普頓效應的疑難,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”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。,康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。,六.康普頓散射實驗的意義,動量、能量是描述粒子的, 頻率、波長則是用來描述波的,能量光電效應；動量康普頓效應,七.光的波粒二象性,減弱光源，直到只剩下一個光子,圖4-3-3 光的雙縫干涉,短,長,曝光時間,結論,1、圖片呈現(xiàn)雜亂無章的幾個亮點清晰的顯示了光的粒子性,2、亮點在感光片上形成模糊的亮紋，形成了干涉條紋。說明了波動性是每一個光子的屬性。,并且每一次光子落在亮條紋的概率大，落在暗條紋處的概率小。,光是一種概率波,T/年,波動性,粒子性,1801,托馬斯楊 雙縫干涉 實驗,1814,菲涅耳 衍射實驗,赫茲 電磁波實驗,赫茲 發(fā)現(xiàn)光電效應,牛頓微粒說占主導地位,波動說 漸成真理,.,光的本性,（3）光子說對光電效應的解釋,（2）愛因斯坦的光電效應方程,二、愛因斯坦的光電效應方程,（1）光子：,一、光電效應,三、康普頓效應,四、波粒二象性,（1）少量光子表現(xiàn)為粒子性,（2）大量光子表現(xiàn)為波動性,1.在演示光電效應的實驗中，原來不帶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一個角度，如圖所示，這時( ) A.鋅板帶正電，指針帶負電 B.鋅板帶正電，指針帶正電 C.鋅板帶負電，指針帶正電 D.鋅板帶負電，指針帶負電,練習,2.一束黃光照射某金屬表面時，不能產(chǎn)生光電效應，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)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,練習,3. 能引起人的視覺感應的最小能量為10-18J，已知可見光的平均波長約為0.6m，則進入人眼的光子數(shù)至少為 個，恰能引起人眼的感覺.,練習,4.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(chǎn)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,練習,練習,6、在光電效應實驗中 （1）如果入射光強度增加，將產(chǎn)生什么結果？（2）如果入射光頻率增加，將產(chǎn)生什么結果？,7、用波長為的單色光照射某金屬逸出光電子的最大初動能為用波長為2的單色光照射該金屬逸出電子的最大初動能的n倍,則能使該金屬發(fā)生光電效應的最大波長是多少?,9、波長為0.17m的紫外線照射至金屬筒上能使其發(fā)射光電子，光電子在磁感強度為B的勻強磁場中，做最大半徑為r的勻速圓周運動時，已知 rB=5.610-6Tm，光電子質量m=9.110-3