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1、光电效应 光子17.217.2光的粒子性光的粒子性第1课时1672牛顿牛顿 微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯 波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦 电磁说电磁说1864 1905爱因斯坦爱因斯坦 光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性1801托马斯杨 双缝干涉 实验1814菲涅耳 衍射实验赫兹 电磁波实验1888赫兹 发现光电效应牛顿微粒说 占主导地位波动说 渐成真理.光的本性历史回顾紫 靛光的颜色波长频率红红色约625740纳米约480405兆赫橙色约590625纳米约510480兆赫黄色约565590纳米约530510兆赫绿绿色约500565纳米约600530兆赫青色约485500纳米约620
2、600兆赫蓝蓝色约440485纳米约680620兆赫紫色约380440纳米约790680兆赫波长频率大小低高一一. .光电效应现象光电效应现象 1.演示实验（2）光电子：在光电效应中逸出的电子称为 光电子。 （3）光电流：光电子定向移动形成的电流叫 光电流 2.几个概念（1）光电效应：当光线照射在金属表面时， 金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。二二. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律实验电路疑问：光电子的发 射与什么因素有关 呢？光电效应实验有着 怎样的规律？二二. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律（1 1）存在饱和电流）存在饱和电流光照不变， 增大UAK，G 表中电流增 大到
3、某一值 后，即使再 增大UAK，光 电流也不再 增大，即达 到饱和值。饱和电流意义： 饱和电流反映的是单位时间内发射的光电子 数。 饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数 越多。饱和电流光电子数实验表明： 同种颜色的入射光， 光越强，饱和电流越 大。说明光越强， 逸出的 光电子越多IIsUaOU黄光（ 强）黄光（ 弱）光电效应伏 安特性曲线饱 和 电 流使光电流减小到零的反向电压+ + + + + + + + + + +一一 一一 一一 一一 一一 一一加反向电压，如右图所示： 光电子所受电场力方向与光电子 速度方向相反，光电子作减速运 动。若最大的初动能最大的初动能U=0时，I0， 因为电子
4、有初速度则所有光电子都无法到达A极板， 光电流I=0，式中UC为遏止电压一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律 (2)存在遏止电压vEEUFKA实验表明:对于同一颜色同一颜色( (频率频率 ) )的光, 无论光的强弱如何,遏遏 止电压是一样的止电压是一样的. 光的频率 增大，遏止电压也增大。一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律光电效应伏 安特性曲线IUaOU黄光（ 强）黄光（ 弱）遏 止 电 压蓝光Ub遏止电压光电子最大初动能入射光的入射光的频率越高，频率越高， 光电子的光电子的最大初动能最大初动能 越大。越大。与入射光的强与入射光的强 弱无关。弱无关。经研究后发现：二二.
5、.光电效应的实验规律光电效应的实验规律对于每种金属，对于每种金属， 都相应确定的截都相应确定的截 止频率止频率 c c 。 当入射光频率当入射光频率 c c时，电子时，电子 才能逸出金属才能逸出金属 表面；表面； 当入射光频率当入射光频率 W0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。 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发 生的。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。四四. .爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设E光强 = nh n：单位时间打到单位面积上的光子数一个电子只能 吸收一个光子由于爱因斯坦提出的光子假
6、说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。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，因为它完全违背了光的波 动理论。4.4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应 ”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与 理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确 。四四. .爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设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
7、年诺贝尔 物理学奖。放大器控制机构可以用于自动控制可以用于自动控制 ，自动计数、自动报，自动计数、自动报 警、自动跟踪等。警、自动跟踪等。五五. .光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用1.1.光控继电器光控继电器可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放 大，可使光电流放大大，可使光电流放大 10105 510108 8 倍，灵敏度倍，灵敏度 高，用在工程、天文高，用在工程、天文 、科研、军事等方面、科研、军事等方面 。2.2.光电倍增管光电倍增管 光电管光电源电流计IA K康普顿效应第2课时17.117.1科学的转折科学的转折 ：光的粒子性：光的粒子性1.光的散射 光在介质中与物质
8、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2.康普顿效应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。一一. .康普顿效应康普顿效应3.康普顿散射的实验装置与规律：晶体光阑X 射线管探 测 器X 射线谱仪石墨体 (散射物质)j0散射波长一一. .康普顿效应康普顿效应康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体 对对X X 射线的散射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！一一. .康普顿效应康普顿效应1
9、.1.经典电磁理论在解释康普顿效应时经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难遇到的困难二二. .康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质 时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率其频率 等于入射光频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频散射光频 率率应等于入射光频率入射光频率。无法解释波长改变和散射角关系。2.2.光子理论对康普顿效应的解释光子理论对康普顿效应的解释二二. .康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量 传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的 波长大于入射光的波长。 若光子和束缚很紧的内层电
10、子相碰撞，光子将 与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子 质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎 不变，波长不变。 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关， 所以波长改变和散射角有关。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。康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的 几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于 “混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只 考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。三三. .康普顿散射实验的意义康普顿散射实验
11、的意义康 普 顿 效 应康 普 顿 效 应康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖 (1892-1962) 美国物理学家19251926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，4.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。（1897-1977） 吴有训三三. .康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义四四. .光子的动量光子的动量动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的光的粒子性一、光电效应的基本规律小结小结1.光电效应现象 2.光电效应实验规律对于任何一种金属，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； 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.（3）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：二、光电效应解释中的疑难
