粒子的波動(dòng)性(二)

1、學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo):1.知道光電效應(yīng)的四個(gè)規(guī)律知道光電效應(yīng)的四個(gè)規(guī)律2.理解愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)理解愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)3.理解愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程理解愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程4.知道康普頓效應(yīng)知道康普頓效應(yīng). .飽和光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。1.1.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律遏止電壓遏止電壓c221eUvmcecv速率最大的是討論討論3：如果：如果A、K兩極加的電壓兩極加的電壓為為0，電路中的電流為電路中的電流為0嗎？怎樣嗎？怎樣才能使電路中的電流為才能使電路中的電流為0呢？呢？式中式中UC為為遏止電壓遏止電壓

2、光強(qiáng)：光強(qiáng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)垂直于光的傳播方向上的單位時(shí)間內(nèi)垂直于光的傳播方向上的單位面積所通過(guò)的能量單位面積所通過(guò)的能量I= nhI= nh. .截止頻率截止頻率c -極限頻率極限頻率對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c 。 當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率 c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率 c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。屬表面。光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)始照射到光電逸出所需光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)始照射到光電逸出所需時(shí)間時(shí)間 10-9s。1.1.光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律光

3、電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律c光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組而且本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為成的，頻率為 的光的能量子為的光的能量子為h。這些能量。這些能量子后來(lái)被稱為子后來(lái)被稱為光子光子。2.2.愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)hE 愛(ài)因斯坦從普朗克的能量子說(shuō)中得到愛(ài)因斯坦從普朗克的能量子說(shuō)中得到了啟發(fā)，他提出：了啟發(fā)，他提出：3.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程0WEhk0WhEk或光電子最大初動(dòng)能光電子最大初動(dòng)能 金屬的逸出功金屬的逸出功 W0221cekvmE 一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能

4、量一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量h后，一部分能后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功量用來(lái)克服金屬的逸出功，剩下的表現(xiàn)為逸，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能出后電子的初動(dòng)能Ek，即：，即：5.歸納歸納每個(gè)光子的能量=h是否發(fā)生光電效應(yīng)照射光強(qiáng)度單位時(shí)間照到單位面積上的光子數(shù)飽和光電流強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)決定著決定著決定著決定著照射光頻率 1光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1723所示，則下面說(shuō)法中正確的是( )圖圖1723A A用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B B用綠色光照射鋅板，驗(yàn)電用綠色光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C C鋅板帶的是負(fù)電荷

5、鋅板帶的是負(fù)電荷D D使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的使驗(yàn)電器指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是正電荷是正電荷A D2.在做光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，把某金屬板連在驗(yàn)電器上，第一次用弧光燈直接照射金屬板，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)一個(gè)角度，第二次在弧光燈和金屬板之間插入一塊普通玻璃，再用弧光燈照射，驗(yàn)電器的指針不張開(kāi)。由此可以判定，使金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是弧光燈中的 ( ) A.可見(jiàn)光成分 B紅外線成分 C.無(wú)線電波成分 D紫外線成分D3.入射光照射到某金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，則下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A從光照射到金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小

6、 C單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少 D有可能不發(fā)生光電效應(yīng) C 4下列對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是下列對(duì)光電效應(yīng)的解釋正確的是( )A金屬內(nèi)的每個(gè)電子能吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光金屬內(nèi)的每個(gè)電子能吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的能量足夠大時(shí)，就能逸出金屬子，當(dāng)它積累的能量足夠大時(shí)，就能逸出金屬B如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)生光電效應(yīng)C發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就

7、越大越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不同同金屬發(fā)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不同B、D5.5.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用同一光電管在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(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)系曲線之間的關(guān)系曲線( (甲光、乙光、丙光甲光、乙光、丙光) )，如圖，如圖所示。則可判斷出所示。則可判斷出 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(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)乙光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)C C乙光

8、對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D D甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光的甲光對(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)能光電子最大初動(dòng)能B B6.6.研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為的光照射光電管陰極的光照射光電管陰極K K時(shí)，有光電子產(chǎn)生。由于光電管時(shí)，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K K、A A間加的是反向電壓，光電子從陰極間加的是反向電壓，光電子從陰極K K發(fā)射后將向陽(yáng)極發(fā)射后將向陽(yáng)極A A做減速運(yùn)動(dòng)。光電流做減速運(yùn)動(dòng)。光電流i i由圖中電流計(jì)由圖中電流計(jì)G G測(cè)出，反向電壓測(cè)出，反向電壓U U由

9、電壓表由電壓表V V測(cè)出，當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表測(cè)出，當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱為反向截止電壓的示數(shù)稱為反向截止電壓U U0 0。在所示的表示光電效應(yīng)實(shí)。在所示的表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，正確的是驗(yàn)規(guī)律的圖象中，正確的是 ACDACD1.光的散射光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方因而傳播方向發(fā)生改變向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做這種現(xiàn)象叫做光的散射光的散射.2.2.康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 19231923年康普頓在做年康普頓在做 X 射線通過(guò)物質(zhì)散射的射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有

10、與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。3.3.康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體晶體 光闌光闌X 射線管射線管探探測(cè)測(cè)器器X 射線譜儀射線譜儀 石墨體石墨體(散射物質(zhì)散射物質(zhì))j 0散射波長(zhǎng)散射波長(zhǎng) 按經(jīng)典電磁理論：按經(jīng)典電磁理論： 如果入射如果入射X光是某光是某 種波長(zhǎng)的電磁波，種波長(zhǎng)的電磁波， 散射光的波長(zhǎng)是散射光的波長(zhǎng)是 不會(huì)改變的！不會(huì)改變的！3.光子說(shuō)對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋假定X射線光子與電子

11、發(fā)生完全彈性碰撞，這種碰撞跟臺(tái)球比賽中的兩球碰撞很相似。按照愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)，一個(gè)X射線光子不僅具有能量Eh，而且還有動(dòng)量。如圖1724所示。這個(gè)光子與靜止的電子發(fā)生彈性斜碰，光子把部分能量轉(zhuǎn)移給了電子，能量由h減小為h，因此頻率減小，波長(zhǎng)增大。同時(shí)，光子還使電子獲得一定的動(dòng)量。這樣就圓滿地解釋了康普頓效應(yīng)。1.1.有力地支持了愛(ài)因斯坦有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子光量子”假設(shè)；假設(shè)； 2.2.首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；的假設(shè)；3.3.證實(shí)了證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？紤]能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？灯疹D于康普頓于19271927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。