光的粒子性公開課新人教選修PPT學習教案

1、會計學1光的粒子性公開課新人教選修光的粒子性公開課新人教選修17世紀明確形成了兩大對立學說牛牛頓頓惠更惠更斯斯微粒說波動說19世紀初證明了波動說的正確性由于波動說沒有數學基礎以及牛頓的威望使得微粒說一直占上風19世紀末光電效應現(xiàn)象使得愛因斯坦在20世紀初提出了光子說：光具有粒子性對光學的研究從很早就開始了 第1頁/共33頁表明鋅板在射線照射下失去表明鋅板在射線照射下失去電子電子而帶而帶正電正電一一. .光電效應光電效應1.1.光電效應現(xiàn)光電效應現(xiàn)象象第2頁/共33頁當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸當光線照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象出的現(xiàn)象。光電子定向移動形成的電流。光電子定向

2、移動形成的電流。閱讀課本閱讀課本31頁，回答以下問題：頁，回答以下問題：（1）光電效應：）光電效應：（2）光電子：）光電子：（3）光電流：）光電流：逸出的電子稱為逸出的電子稱為光電子光電子。1.1.光電效應現(xiàn)光電效應現(xiàn)象象第3頁/共33頁實驗裝置實驗裝置2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律第4頁/共33頁2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律電流表：電流表：測光電流的大小測光電流的大小電壓表：電壓表：測兩極之間的電測兩極之間的電壓大小壓大小滑動變阻器：滑動變阻器：改變兩極之改變兩極之間的電壓大小間的電壓大小第5頁/共33頁演示實驗演示實驗光電流和光電壓有何關系？光電流和光電壓有何

3、關系？第6頁/共33頁2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律實驗表明：實驗表明：保持光頻率、光保持光頻率、光強不變，增大強不變，增大U UAKAK，G G表中電表中電流達到某一值后流達到某一值后 ，即達到即達到 值值。保持光頻率不變，增大光強，保持光頻率不變，增大光強，飽和電流飽和電流 。IOU UAKAKIs黃光（強）黃光（強）黃光（弱）黃光（弱）不再增大不再增大飽和飽和增大增大第7頁/共33頁2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律實驗結論實驗結論1 1：1.1.存在飽和電流，入射光越強，飽和電流越存在飽和電流，入射光越強，飽和電流越 ，單位時間內發(fā)射的光電子數越單位時間內發(fā)射的

4、光電子數越 。Is大大多多第8頁/共33頁2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律I0U UAKAKIs黃光（強）黃光（強）黃光（弱）黃光（弱）U UAKAK=0=0時，時，Is =0嗎？嗎？怎樣才能讓電流減小為怎樣才能讓電流減小為0？第9頁/共33頁v加反向電壓，如右圖所示：加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減子速度方向相反，光電子作減速運動。若速運動。若2c12ecm veU=cv速率最大的是U=0時，時，I0，因為電子有初速度因為電子有初速度EEUFKAa.存在存在遏止電壓遏止電壓(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電

5、壓和截止頻率使光電流減小到零的反向電壓叫使光電流減小到零的反向電壓叫遏遏止電壓止電壓第10頁/共33頁2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律實驗表明：實驗表明：對于一定顏色（頻率）對于一定顏色（頻率）的光，無論光的強弱如的光，無論光的強弱如何，遏止電壓何，遏止電壓 的。的。II黃光（黃光（ 強）強）黃光（黃光（ 弱）弱）遏遏止止電電壓壓藍光藍光U U2 2U U1 1光的頻率光的頻率v改變時，改變時，遏止電壓是否會改變？遏止電壓是否會改變？都是一樣都是一樣也會改變也會改變。(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率a.存在存在遏止電壓遏止電壓光的頻率光的頻率v越高，遏止電壓越越高

6、，遏止電壓越 。大大第11頁/共33頁2.2.光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律實驗結論實驗結論2：存在遏制電壓存在遏制電壓 ，且跟入射光，且跟入射光的的 有關有關 ，與與入射入射光的強弱光的強弱 關關 ，進，進而說明逸出光電子的最大初而說明逸出光電子的最大初動能與動能與入射入射光的光的 有關，有關，與與入射光的入射光的 無關。無關。II黃光（黃光（ 強）強）黃光（黃光（ 弱）弱）遏遏止止電電壓壓藍光藍光U(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率a.存在存在遏止電壓遏止電壓頻率頻率無無2c12ecm veU=頻率頻率強弱強弱第12頁/共33頁經研究后發(fā)現(xiàn)：經研究后發(fā)現(xiàn)：b.存在存在

7、截止頻率截止頻率 (2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率第13頁/共33頁把電源正負極反接把電源正負極反接同一頻率光照射，不管光強如何，遏止電壓都同一頻率光照射，不管光強如何，遏止電壓都 。光照頻率越高，遏止電壓越光照頻率越高，遏止電壓越 。光電子的能量只與入射光的光電子的能量只與入射光的 有關。有關。 入射光的頻率入射光的頻率 于截止頻率時不能發(fā)生光電效應。于截止頻率時不能發(fā)生光電效應。(2)存在存在遏止電壓和截止頻率遏止電壓和截止頻率相同相同高高頻率頻率小小第14頁/共33頁當頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾當頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立

8、即產生光電流。乎在照到金屬時立即產生光電流。精確測量表明產生電流的時間不超過精確測量表明產生電流的時間不超過10109 9 秒秒，即，即光電效應幾乎是瞬時的。光電效應幾乎是瞬時的。(3)具有具有 性性瞬時瞬時第15頁/共33頁反饋練習：反饋練習：1 1、在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈、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，驗電器指針張開一敏驗電器相連，用弧光燈照射鋅板時，驗電器指針張開一個角度，如圖所示，這時個角度，如圖所示，這時 ( )( )A A鋅板帶正電，指針帶負電鋅板帶正電，指針帶負電B B鋅板帶正電，指針帶正電鋅板帶正電，

9、指針帶正電C C鋅板帶負電，指針帶正電鋅板帶負電，指針帶正電D D鋅板帶負電，指針帶負電鋅板帶負電，指針帶負電B2 2、若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應，則下列哪一、若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應，則下列哪一種方法可能使該金屬發(fā)生光電效應（種方法可能使該金屬發(fā)生光電效應（ ）A. A. 增大入射光的強度增大入射光的強度B. B. 增加光的照射時間增加光的照射時間C. C. 改用黃光照射改用黃光照射D. D. 改用紫光照射改用紫光照射D第16頁/共33頁A A甲光的頻率大于乙光的頻率甲光的頻率大于乙光的頻率B B乙光的波長大于丙光的波長乙光的波長大于丙光的波長C C乙光對應的截止頻

10、率大于丙光的截止頻率乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率D D甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能電子最大初動能B B反饋練習：反饋練習：第17頁/共33頁三. 看課本思考兩個問題：看課本思考兩個問題：1.什么是逸出功？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逸出功。2.經典電磁理論在哪些方便與實驗結論矛盾？經典電磁理論在哪些方便與實驗結論矛盾？第18頁/共33頁 以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。三

11、. 實驗結論實驗結論經典電磁理論經典電磁理論入射光的越強，飽和電流入射光的越強，飽和電流越大越大強度越大，逸出的光電強度越大，逸出的光電子數越多，光電流越大子數越多，光電流越大遏止電壓遏止電壓只與頻率有關，只與頻率有關，而與強度無關。而與強度無關。遏止電壓遏止電壓應與入射光的應與入射光的強度有關。強度有關。如果光較弱，只要積累如果光較弱，只要積累足夠長時間，電子獲得足夠長時間，電子獲得足夠能量就會形成光電足夠能量就會形成光電子子存在截止頻率存在截止頻率c 當入射光當入射光頻率低于截止頻率，不能頻率低于截止頻率，不能發(fā)生光電效應發(fā)生光電效應光電效應具有瞬時性光電效應具有瞬時性能量的可以隨時間積累

12、能量的可以隨時間積累對比對比吻合吻合不不符符不不符符不不符符第19頁/共33頁1.1.光子說光子說( (愛因斯坦于愛因斯坦于19051905年提出年提出) )閱讀課本閱讀課本28頁頁”能量子能量子”和課本和課本32頁最后一段，頁最后一段，回答以下問題：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？）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系？）光子的能量與什么有關系？（3）光子的能量如何表示？）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，在空間傳播的光不是連續(xù)的而是一份一份的，每一份叫做一個每一份叫做一個光子光子.光子的能量跟它的光子的能量跟

13、它的頻率頻率成正比成正比Eh 表示光的頻率表示光的頻率h 叫普朗克常量，叫普朗克常量，h6.6310-34焦耳秒焦耳秒第20頁/共33頁2.2.光電效應方程光電效應方程 金屬表面上的電子逸出時要克服金屬原子核的引金屬表面上的電子逸出時要克服金屬原子核的引力所做功的力所做功的最小值最小值。EkhW0閱讀課本閱讀課本32-33頁，回答以下問題：頁，回答以下問題：逸出功逸出功：有：有：W0= h0不同金屬不同金屬,其逸出功其逸出功 同。同。不不光電效應方程：光電效應方程：一個電子吸收一個光子的能量一個電子吸收一個光子的能量hh后，一部分能量用后，一部分能量用來克服金屬的來克服金屬的 ，剩下的表現(xiàn)為逸

14、出后電子，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的的 ，即：，即： 。逸出功逸出功初動能初動能Ek或或第21頁/共33頁對光電效應的實驗現(xiàn)象解釋：對光電效應的實驗現(xiàn)象解釋：光強較大時，包含的光子數較多，照射金光強較大時，包含的光子數較多，照射金屬時產生的光電子多，因而飽和電流大。屬時產生的光電子多，因而飽和電流大。 第22頁/共33頁3.3.愛因斯坦光電效應方程對實驗結論的解釋愛因斯坦光電效應方程對實驗結論的解釋EkhW00EKW00解釋截止頻率解釋截止頻率解釋飽和光電流解釋飽和光電流解釋瞬時性解釋瞬時性第23頁/共33頁愛因斯坦由于愛因斯坦由于對對光電效光電效應應的理論解釋和對的理論解釋和對理論理論物理學物

15、理學的貢獻的貢獻獲得獲得1921年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎密立根由于密立根由于研究基本電荷研究基本電荷和和光電效應光電效應，特別是通過，特別是通過著名的油滴實驗，證明電著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。荷有最小單位。獲得獲得19231923年諾貝爾物理學獎年諾貝爾物理學獎第24頁/共33頁粒子第25頁/共33頁例題：由密立根實驗例題：由密立根實驗(Uc和和v的關系的關系)計算普朗克常量計算普朗克常量2c12ecm veU=EkhW0第26頁/共33頁 利用光電效應中光電流與入射光強成正比的特性利用光電效應中光電流與入射光強成正比的特性, ,可以制造光電轉換器可以制造光電轉換器實現(xiàn)光信號

16、與電信號之間的實現(xiàn)光信號與電信號之間的相互轉換。這些相互轉換。這些光電轉換器光電轉換器如光電管如光電管(photoelement)(photoelement)等，廣泛應用于光功率測量、光信號記錄、電影、電等，廣泛應用于光功率測量、光信號記錄、電影、電視和自動控制等諸多方面。視和自動控制等諸多方面。第27頁/共33頁光電倍增管光電倍增管(photomultiplier)(photomultiplier)是把光信號變?yōu)殡娦攀前压庑盘栕優(yōu)殡娦盘柕某Ｓ闷骷Ｌ柕某Ｓ闷骷?當光照射到陰極當光照射到陰極 k k 使它發(fā)射光電子，這光電子在電壓作用使它發(fā)射光電子，這光電子在電壓作用下加速轟擊第一陰極下加速

17、轟擊第一陰極k k1 1，使之又發(fā)射次級光電子，這些次級光，使之又發(fā)射次級光電子，這些次級光電子再被加速轟擊第二陰極電子再被加速轟擊第二陰極k k2 ,. 2 ,. 如此繼續(xù)下去，利用如此繼續(xù)下去，利用10101515個次陰極，可將光電流放大幾百萬倍。即一束微弱的入個次陰極，可將光電流放大幾百萬倍。即一束微弱的入射光，將轉變成放大了的光電流，可以通過電流計顯示出來。射光，將轉變成放大了的光電流，可以通過電流計顯示出來。第28頁/共33頁1.1.光電效應現(xiàn)象光電效應現(xiàn)象3.3.愛因斯坦光電效應方程及其對實驗結論的解釋愛因斯坦光電效應方程及其對實驗結論的解釋EkhW0解釋截止頻率解釋截止頻率解釋飽和光電流解釋飽和光電流解釋瞬時性解釋瞬時性入射光越強，單位時間中發(fā)射的光電子越多入射光越強，單位時間中發(fā)射的光電子越多光電子的能量只與入射光的頻率有關。入射光的頻率低光電子的能量只與入射光的頻率有關。入射光的頻率低于截止頻率（極限頻率）時