人教版選修35光的粒子性課件（30張）.ppt

17 2光的粒子性 選考要求 c光電效應(yīng)愛因斯坦光電效應(yīng)方程 17世紀(jì)明確形成了兩大對(duì)立學(xué)說 牛頓 惠更斯 微粒說 波動(dòng)說 19世紀(jì)初證明了波動(dòng)說的正確性 由于波動(dòng)說沒有數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風(fēng) 19世紀(jì)末光電效應(yīng)現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀(jì)初提出了光子說 光具有粒子性 對(duì)光學(xué)的研究 從很早就開始了 表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電 一 光電效應(yīng) 1 光電效應(yīng)現(xiàn)象 當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí) 金屬中有電子逸出的現(xiàn)象 光電子定向移動(dòng)形成的電流 閱讀課本31頁(yè) 回答以下問題 1 光電效應(yīng) 2 光電子 3 光電流 逸出的電子稱為光電子 1 光電效應(yīng)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)裝置 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 電流表 測(cè)光電流的大小電壓表 測(cè)兩極之間的電壓大小滑動(dòng)變阻器 改變兩極之間的電壓大小 觀察 演示實(shí)驗(yàn) 光電流和光電壓有何關(guān)系 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 實(shí)驗(yàn)表明 保持光頻率 光強(qiáng)不變 增大uak g表中電流達(dá)到某一值后 即達(dá)到值 保持光頻率不變 增大光強(qiáng) 飽和電流 i o uak is 黃光 強(qiáng) 黃光 弱 不再增大 飽和 增大 1 存在飽和電流 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 實(shí)驗(yàn)結(jié)論1 1 存在飽和電流 入射光越強(qiáng) 飽和電流越 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越 is 大 多 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 i 0 uak is 黃光 強(qiáng) 黃光 弱 uak 0時(shí) is 0嗎 怎樣才能讓電流減小為0 一一一一一一 v 加反向電壓 如右圖所示 光電子所受電場(chǎng)力方向與光電子速度方向相反 光電子作減速運(yùn)動(dòng) 若 最大的初動(dòng)能 u 0時(shí) i 0 因?yàn)殡娮佑谐跛俣?u k a a 存在遏止電壓uc 2 存在遏止電壓和截止頻率 使光電流減小到零的反向電壓叫遏止電壓 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 實(shí)驗(yàn)表明 對(duì)于一定顏色 頻率 的光 無論光的強(qiáng)弱如何 遏止電壓的 i i 黃光 強(qiáng) 黃光 弱 遏止電壓 藍(lán)光 u2 u1 光的頻率v改變時(shí) 遏止電壓是否會(huì)改變 都是一樣 也會(huì)改變 2 存在遏止電壓和截止頻率 a 存在遏止電壓uc 光的頻率v越高 遏止電壓越 大 2 光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 實(shí)驗(yàn)結(jié)論2 存在遏制電壓 且跟入射光的有關(guān) 與入射光的強(qiáng)弱關(guān) 進(jìn)而說明逸出光電子的最大初動(dòng)能與入射光的有關(guān) 與入射光的無關(guān) i u 2 存在遏止電壓和截止頻率 a 存在遏止電壓uc 頻率 無 頻率 強(qiáng)弱 經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn) b 存在截止頻率 c 對(duì)于每種金屬 都相應(yīng)確定的截止頻率 c 當(dāng)入射光頻率 c時(shí) 電子才能逸出金屬表面 當(dāng)入射光頻率 c時(shí) 無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面 2 存在遏止電壓和截止頻率 同一頻率光照射 不管光強(qiáng)如何 遏止電壓都 光照頻率越高 遏止電壓越 光電子的能量只與入射光的有關(guān) 入射光的頻率于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng) 2 存在遏止電壓和截止頻率 相同 高 頻率 小 當(dāng)頻率超過截止頻率時(shí) 無論入射光怎樣微弱 幾乎在照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流 精確測(cè)量表明產(chǎn)生電流的時(shí)間不超過10 9秒 即光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的 3 具有性 瞬時(shí) 反饋練習(xí) 1 在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中 原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連 用弧光燈照射鋅板時(shí) 驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度 如圖所示 這時(shí) a 鋅板帶正電 指針帶負(fù)電b 鋅板帶正電 指針帶正電c 鋅板帶負(fù)電 指針帶正電d 鋅板帶負(fù)電 指針帶負(fù)電 b 2 若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應(yīng) 則下列哪一種方法可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) a 增大入射光的強(qiáng)度b 增加光的照射時(shí)間c 改用黃光照射d 改用紫光照射 d 3 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中 飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線 甲光 乙光 丙光 如圖所示 則可判斷出 a 甲光的頻率大于乙光的頻率b 乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)c 乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率d 甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的光電子最大初動(dòng)能 b 反饋練習(xí) 三 光電效應(yīng)解釋中的疑難 看課本思考兩個(gè)問題 1 什么是逸出功 使電子脫離某種金屬所做功的最小值 叫做這種金屬的逸出功 2 經(jīng)典電磁理論在哪些方便與實(shí)驗(yàn)結(jié)論矛盾 以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾的 所以無法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來解釋光電效應(yīng) 三 光電效應(yīng)解釋中的疑難 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 經(jīng)典電磁理論 入射光的越強(qiáng) 飽和電流越大 強(qiáng)度越大 逸出的光電子數(shù)越多 光電流越大 遏止電壓只與頻率有關(guān) 而與強(qiáng)度無關(guān) 遏止電壓應(yīng)與入射光的強(qiáng)度有關(guān) 如果光較弱 只要積累足夠長(zhǎng)時(shí)間 電子獲得足夠能量就會(huì)形成光電子 存在截止頻率 c當(dāng)入射光頻率低于截止頻率 不能發(fā)生光電效應(yīng) 光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性 能量的可以隨時(shí)間積累 對(duì)比 吻合 不符 不符 不符 1 光子說 愛因斯坦于1905年提出 二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 閱讀課本28頁(yè) 能量子 和課本32頁(yè)最后一段 回答以下問題 1 在空間傳播的光是連續(xù)還是是一份一份的 2 光子的能量與什么有關(guān)系 3 光子的能量如何表示 在空間傳播的光不是連續(xù)的而是一份一份的 每一份叫做一個(gè)光子 光子的能量跟它的頻率成正比 e h 表示光的頻率 h叫普朗克常量 h 6 63 10 34焦耳 秒 2 光電效應(yīng)方程 金屬表面上的電子逸出時(shí)要克服金屬原子核的引力所做功的最小值 ek h w0 二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 閱讀課本32 33頁(yè) 回答以下問題 逸出功 有 w0 h 0 不同金屬 其逸出功同 不 光電效應(yīng)方程 一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量h 后 一部分能量用來克服金屬的 剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的 即 逸出功w0 初動(dòng)能ek 或 3 對(duì)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋 光強(qiáng)較大時(shí) 包含的光子數(shù)較多 照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多 因而飽和電流大 對(duì)于任何一種金屬 都有一個(gè)極限頻率 入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率 才能發(fā)生光電效應(yīng) 低于這個(gè)頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng) 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí) 光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比 光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān) 只隨著入射光的頻率增大而增大 入射光照到金屬上時(shí) 光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的 一般不超過10 9秒 二 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程 3 愛因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的解釋 ek h w0 解釋截止頻率 解釋飽和光電流 解釋瞬時(shí)性 愛因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 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(shí)驗(yàn) 證明電荷有最小單位 獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 光電效應(yīng)顯示了光的性 粒子 例題 由密立根實(shí)驗(yàn) uc和v的關(guān)系 計(jì)算普朗克常量 ek h w0 利用光電效應(yīng)中光電流與入射光強(qiáng)成正比的特性 可以制造光電轉(zhuǎn)換器 實(shí)現(xiàn)光信號(hào)與電信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換 這些光電轉(zhuǎn)換器如光電管 photoelement 等 廣泛應(yīng)用于光功率測(cè)量 光信號(hào)記錄 電影 電視和自動(dòng)控制等諸多方面 三 光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用 光電倍增管 photomultiplier 是把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的常用器件 當(dāng)光照射到陰極k使它發(fā)射光電子 這光電子在電壓作用下加速轟擊第一陰極k1 使之又發(fā)射次級(jí)光電子 這些次級(jí)光電子再被加速轟擊第二陰極k2 如此繼續(xù)下去 利用10 15個(gè)次陰極 可將光電流放大幾百萬倍 即一束微弱的入射光 將轉(zhuǎn)變成放大了的光電流 可以通