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1、科学的转折：富阳中学 汪燕青光的粒子性光电效应实验规律的研究用经典光的电磁理论解释实验规律难以解决的矛盾爱因斯坦光量子的假设数学推理（光电效应方程）与实验事实的对照（密立根实验）提出课题：光到底是什么？（从最初的微粒说到波动说的发展历程介绍）赫赫 兹兹Heinrich Heinrich Rudolf Hertz Rudolf Hertz (1857(18571894)1894)19世纪 末，光的电 磁说使光的 波动理论发 展到了相当 完美的地步光电效应光电效应但是这时又出现了用波动说无法解释的新但是这时又出现了用波动说无法解释的新 现象现象实验研究实验研究用紫外线灯照射锌板，观察指针的变化。这
2、用紫外线灯照射锌板，观察指针的变化。这 个实验说明了什么问题？个实验说明了什么问题？在光(包括不可见光)的照射下物体发 射出电子的现象叫做光电效应。光电效应光电子：在光的照射下从物体表面发 射出来的电子。你在研究过程中，如果从控制变量方向 入手展开研究，切入点可选在何处？入射光的强度入射光的频率金属板的材料照射时间长短光电效应的实验规律可以用光电管进行替代 性实验。结合电场力做功原理、 光电效应的概念说明实 验电路的工作原理。光电效应的实验规律存在着饱和电流入射光越强，单位时 间内发射的光电子数 越多。光电效应的实验规律存在着遏止电压 和截止频率当入射光的频率减小到某一数值时，即使不 加反向电
3、压也没有光电流。这表明：入射光 的频率低于截止频率时，不能发生光电效应 。光的频率改变时，遏 止电压也会改变。这 表明：光电子的能量 只与入射光的频率有 关，而与入射光的强 弱无关。光电效应的实验规律光电效应具有瞬时性光电效应具有瞬时性，从光照射到金 属表面到 发射出光电子，时间不超过 10-9秒。逸出功W : 某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一 样，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。几种金属的逸出功W铯钙镁铍钛 逸出功W/eV1.92.73.73.94.1金4.8光电效应解释中的疑难* 经典理论认为光强越大，光电子的初动能也该大。 但实验上得出不仅与光强有
4、关而且与频率有关，光电 子初动能也与频率有关。* 只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流；频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。而经典认为有无光电效应不应与频率有关。* 瞬时性。经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。疑难何在？众多的疑难呼唤着新的思想、新的观念、 新的理论。普朗克 普朗克 Max karl Ernst Ludwig Planck （年月日年月日） 量子论：电磁波的发射和 吸收不是连续的，而是一 份一份进行的，每一份能 量叫做能量子。普朗克常量：h=6.6310- 34J.s爱因斯坦( Albert Einstein, 18791955 )爱因斯坦
5、的光电效应方程1)在空间传播的光不是连续的,而是一份一份 的,每一份叫做一个光量子,简称光子。2)频率为的光的能量子为h， 每个光子的能量 跟光的频率成正比爱因斯坦的光子说爱因斯坦光电效应方程： EKm=h-W0 =W/ h光电子的最大初动能EK与入射光的频率有 关，而与光的强弱无关。只有当hW0时，才 有光电子逸出。 就是截止频率。电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积 累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时产生 的。光较强时，包含的光子数较多，照射金属时 产生的光电子较多，因而饱和电流较大。用光子说解释光电效应现象爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当 时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全
6、违背了 光的波动理论。就连量子物理创始人普朗克也认为 太过分了。他在1907年给 爱因斯坦的信中写到：“我为基本量子（光量子）所 寻找的不是它在真空中的意义 ，而是它在吸收和发射地方的 意义，并且我认为真空中过程 已由麦克斯韦方程作了精辟的 描述”。直到1913年他还对光 子说持否定态度。思考与讨论：密立根实验：康普顿效应：光的散射：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。康普顿效应：研究石墨对X射线的散射时，发 现在散射的X射线中，除了与入射波长0相同 的成分外，还有波长大于0的成分，这种现 象叫做康普顿效应。用经典理论解释：受迫振动的频率应该相同。用光子模型解释：中国留学生吴有训（1897-1977）测试了多种 物质对X射线的散射，证实了康普顿效应的普 遍性。光电效应：表明光子具有能量。E=h康普顿效应：表明光子具有能量外，还具 有动量。动量p： p=mv光子能量和动量为上两式左边是描写粒子性的 、P；右边是描写波动性的 、。几种金属的极限频率0和极限波长0铯钾锌银铂 0/nm 0/Hz4.5510145.3810148.07101411.5101415.31014660558372260196
