《高二物理选修35同步课件第17章第2节光的粒子性共36》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理选修35同步课件第17章第2节光的粒子性共36（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、科学的转折 光的粒子性 第二节 问题 光究竟是什么 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电 一 光电效应现象 一 光电效应现象 当光线 包括不可见光 照射在金属表面时 金属中有电子逸出的现象 称为光电效应 逸出的电子称为光电子 光电子定向移动形成的电流叫光电流 二 光电效应的实验规律 1 存在饱和电流 光照不变 增大UAK G表中电流达到某一值后不再增大 即达到饱和值 二 光电效应的实验规律 1 存在饱和电流 实验表明 在一定的光照条件下 单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的 二 光电效应的实验规律 1 存在饱和电流 实验还表明 入射光越强 饱和电流越大 单位时间内发射的光电子数越多 二
2、光电效应的实验规律 2 存在遏止电压 使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压 U 0时 I 0 因为电子有初速度 二 光电效应的实验规律 2 存在遏止电压 实验表明 对于一定颜色 频率 的光 无论光的强弱如何 遏止电压都是一样的 且光的频率v改变时 遏止电压也会改变 二 光电效应的实验规律 2 存在遏止电压 说明 电子的最大初动能是不变的 二 光电效应的实验规律 3 存在截止频率 实验表明 当入射光的频率减小到某一数值vc时 没有光电子发出 二 光电效应的实验规律 3 存在截止频率 结论 当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应 二 光电效应的实验规律 4 光电效应具有瞬时性 实验表明 产生
3、光电流的时间不超过10 9s 即光电效应发生几乎是瞬时的 三 光电效应解释中的疑难 1 逸出功 使电子脱离某种金属所做功的最小值 叫做这种金属的逸出功 2 经典的电磁理论的困难 光越强 光电子的初动能应该越大 所以遏止电压UC应与光的强弱有关 实际不是 不管光的频率如何 只要光足够强 电子都可获得足够能量从而逸出表面 不应存在截止频率 如果光很弱 按经典电磁理论估算 电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量 这个时间远远大于10 9S 三 光电效应解释中的疑难 四 爱因斯坦的光电效应方程 1 光量子假设 光子说 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的 频率为 的光的能量子为h
4、这些能量子后来被称为光子 四 爱因斯坦的光电效应方程 2 光电效应方程 一个电子吸收一个光子的能量h 后 一部分能量用来克服金属的逸出功W0 剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek 即 或 四 爱因斯坦的光电效应方程 3 光子说对光电效应的解释 为什么存在着极限频率 为什么光电效应是瞬时的 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 四 爱因斯坦的光电效应方程 4 光电效应的规律 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 对于任何一种金属 都有一个极限频率 入射光的频率必须大于这个极限频率 才能发生光电效应 低于这个频率就不能发生光电效应
5、当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的强度成正比 光电子的最大初动能与入射光的强度无关 只随着入射光的频率增大而增大 入射光照到金属上时 光电子的发射几乎是瞬时的 一般不超过10 9秒 1 光电效应的实验结论是 对于某种金属 A 无论光强多强 只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B 无论光的频率多低 只要光照时间足够长就能产生光电效应C 超过极限频率的入射光强度越弱 所产生的光电子的最大初动能就越小D 超过极限频率的入射光频率越高 所产生的光电子的最大初动能就越大 AD 2 在光电效应实验中 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 甲光 乙
6、光 丙光 如图所示 则可判断出 A 甲光的频率大于乙光的频率B 乙光的波长大于丙光的波长C 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 B 3 硅光电池是利用光电效应原理制成的器件 下列表述正确的是 A 硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B 硅光电池中吸收了光子能量的电子都能逸出C 逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D 任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应 A 应用 光电管 光 电源 电流计 I A K 康普顿效应 第2课时 一 康普顿效应 1 光的散射 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大
7、光在介质中与物质微粒相互作用 因而传播方向发生改变 这种现象叫做光的散射 一 康普顿效应 2 康普顿效应 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时 发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外 还有比入射线波长更长的射线 其波长的改变量与散射角有关 而与入射线波长和散射物质都无关 一 康普顿效应 3 光的动量 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 一 康普顿效应 3 光的动量 光强较大时 包含的光子数较多 照射金属时产生的光电子多 因而饱和电流大 动量能量是描述粒子的 频率和波长则是用来
8、描述波的 康普顿散射的实验装置与规律 晶体 光阑 探测器 0 散射波长 康普顿正在测晶体对X射线的散射 按经典电磁理论 如果入射X光是某种波长的电磁波 散射光的波长是不会改变的 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 2 无法解释波长改变和散射角的关系 射光频率应等于入射光频率 其频率等于入射光频率 所以它所发射的散 过物质时 物质中带电粒子将作受迫振动 1 根据经典电磁波理论 当电磁波通 光子理论对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的 子能量几乎不变 波长不变 小于原子质量 根据碰撞理论 碰撞前后光 光子将与整个原子交换能量 由于光子质量远 2 若光子和束缚很紧的内层电子相
9、碰撞 是散射光的波长大于入射光的波长 部分能量传给电子 散射光子的能量减少 于 1 若光子和外层电子相碰撞 光子有一 结果 具体解释如下 1 有力地支持了爱因斯坦 光量子 假设 2 首次在实验上证实了 光子具有动量 的假设 3 证实了在微观世界的单个碰撞事件中 动量和能量守恒定律仍然是成立的 光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面 前者表明光子具有能量 后者表明光子除了能量之外还具有动量 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖 二 康普顿散射实验的意义 爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖 密立根由于研究基本电荷和光电效应 特别是通过著名的油滴实验 证明电荷有最小单位 获得1923年诺贝尔物理学奖 1925 1926年 吴有训用银的X射线 0 5 62nm 为入射线 以15种轻重不同的元素为散射物质 四 吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年 参加了发现康普顿效应的研究工作 对证实康普顿效应作出了重要贡献 在同一散射角 测量各种波长的散射光强度 作了大量X射线散射实验 1 科学研究证明 光子有能量也有动量 当光子与电子碰撞时 光子的一些能量转移给了电子 假设光子与电子碰撞前的波长为 碰撞后的波长为 则碰撞过程中 A 能量守恒 动量守恒 且 B 能量不守恒 动量不守恒 且 C 能量守恒 动量守恒 且 C
