光的粒子性公開課

光的粒子性公開課第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日17世紀明確形成了兩大對立學說牛頓惠更斯微粒說波動說19世紀初證明了波動說的正確性由于波動說沒有數(shù)學基礎(chǔ)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：光具有粒子性對光的研究從很早就開始了……第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日復習：普朗克的能量子說黑體在輻射或吸收能量時，是一份一份地輻射或吸收的，每一份叫做一個能量子，每一個能量子的能量第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十七章波粒二象性第二節(jié)光的粒子性第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、光電效應現(xiàn)象點擊演示：光電效應實驗：用紫外線照射鋅板可清楚看到：靈敏驗電器指針張開金屬在光（包括不可見光）的照射下，從表面逸出電子的現(xiàn)象叫

光電效應發(fā)射出來的電子叫光電子光電子定向移動形成的電流叫光電流在紫外線的照射下，有電子從鋅板飛出，鋅板帶了正電。第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日2、存在著遏止電壓和截止頻率下面我們來繼續(xù)探討二、光電效應的基本規(guī)律3、效應具有瞬時性1、存在著飽和電流第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日1、存在著飽和電流實驗表明：入射光越強，飽和電流越大；入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。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。因為光照條件一定時，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。單色光陽極GVAKR陰極第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2、存在著遏止電壓和截止頻率(1)存在遏止電壓U:c使光電流減小到零的反向電壓－U++++++

一一一一一一v加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若最大的初動能U=0時，I≠0，因為電子有初速度則I=0，式中UC為遏止電壓第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日我們來看如圖所示的實驗：GVAKR單色光實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.當圖中電流表G的讀數(shù)為0時，伏特表V的讀數(shù)就是下式中的“Uc”。陽極陰極第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日2、存在著遏止電壓和截止頻率科學家曾做過類似于左圖的實驗，他們用不同的單色光照射某種金屬，看看哪些頻率的光照射時能產(chǎn)生光電效應。再用不同的單色光照射別的金屬，又看看哪種頻率的光照射時產(chǎn)生光電效應。任何一種金屬，都有一個截止頻率，入射光的頻率必須大于這個截止頻率才能產(chǎn)生光電效應，低于這個頻率的光，無論光強怎樣大，也不能產(chǎn)生光電效應。不同金屬的截止頻率不同。(2)存在截止頻率ν:c經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日3、效應具有瞬時性GVAKR單色光實驗結(jié)果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10－9秒（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。光電效應在極短的時間內(nèi)完成第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日光電效應實驗規(guī)律小結(jié)①入射光越強，飽和電流越大。②光電子的最大初動能(或遏止電壓UC)與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大。表明存在截止頻率（極限頻率）。入射光的頻率必須大于這個頻率，才能發(fā)生光電效應。不同金屬截止頻率不同。③入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒。

陽極陰極第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日經(jīng)典電磁理論觀點:光的能量是由光的強度決定的,與頻率無關(guān)。光的能量是連續(xù)的。三、光電效應解釋中的疑難第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日經(jīng)典電磁理論認為...而實驗結(jié)論...光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大發(fā)生光電效應時，入射光越強，飽和電流越大光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關(guān)對一定頻率的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的。光的頻率改變時會改變;光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率當入射光的頻率低于截止頻率時，不能發(fā)生光電效應如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于10-9s入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒相符矛盾矛盾矛盾第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日逸出功W0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。每種金屬都有自己一定的逸出功W0光照到金屬表面，電子吸收能量，當具有的能量大于金屬的逸出功W0，就可能從表面飛出成為光電子。第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日四、愛因斯坦的光電效應方程（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ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。愛因斯坦的光子說愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日（2）愛因斯坦的光電效應方程四、愛因斯坦的光電效應方程（1）光子：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hν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：第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的（t﹤10-9秒）入射光越強，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。光電效應規(guī)律光子理論的解釋任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效（3）愛因斯坦方程對光電效應的解釋光強越大，光子數(shù)目越多，即單位時間內(nèi)產(chǎn)生光電子數(shù)目越多，光電流越大.（）（由頻率決定）產(chǎn)生光電效應條件（截止頻率）一個光子攜帶的能量一次性被一個電子吸收，若，電子立即逸出，無需時間積累。最大初動能第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日思考與討論？課本P33第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日練習課本例題P34分析由上面討論結(jié)果可得：

對于一定金屬，逸出功W0是確定的，電子電荷e和普朗克常量h都是常量。所以遏止電壓UC與光的頻率ν之間是線性關(guān)系即：Uc—ν圖象是一條斜率為的直線第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日練習課本例題P34分析由上面討論結(jié)果可得：遏止電壓Uc與光電子的最大初動能Ek有關(guān)Ek越大，Uc越高；Uc為零，Ek為零，即沒有光電子所以與遏止電壓Uc=0對應的頻率應該是截止頻率νc第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日由以上分析可知：根據(jù)數(shù)據(jù)作Uc—ν圖象即可求得遏止電壓Uc=0對應的頻率就是截止頻率νcUc—ν圖象是一條斜率為的直線第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日康普頓效應康普頓效應康普頓(1892-1962)美國物理學家康普頓（五）第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、光的散射:光在介質(zhì)中與物質(zhì)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。

1918-1922年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長λ0相同的射線外，還有比入射線波長λ0更長的射線，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應。二、康普頓效應第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，由于光是電磁振動的傳播，入射光引起物質(zhì)內(nèi)部帶電微粒的受迫振動，振動著的帶電微粒從入射光吸收能量，并向四周輻射，這就是散射光。

散射光的頻率應該等于帶電粒子受迫振動的頻率，也就是入射光的頻率。這與實驗事實不符。經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到了困難。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日光子理論對康普頓效應的解釋1.康普頓效應是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果。2.光子不僅有能量還有動量。3.用動量守恒定律和能量守恒定律可以完美地解釋康普頓效應。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日康普頓散射實驗的意義（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?？灯疹D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?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎。第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(0=5.62nm)為入射