高中物理选修35光的粒子性PPT课件

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1、科学的转折：科学的转折： 17.2 17.2 光的粒子性光的粒子性 光电效应光电效应第第1课时课时1 光是什么？光是什么？光是一种电磁波，有波长和频率光是一种电磁波，有波长和频率 c=c=不同颜色的光频率不同。光的颜色（频率）由光源来决定，不同颜色的光频率不同。光的颜色（频率）由光源来决定，在不同介质中传播时波速会变，但频率不变。在不同介质中传播时波速会变，但频率不变。不同颜色的光在真空中传播速度都等于不同颜色的光在真空中传播速度都等于c c。不同颜色的光在同一种介质中传播速度不相同，频率大的速度小。不同颜色的光在同一种介质中传播速度不相同，频率大的速度小。2光的波动性光的波动性光是电磁波光是

2、电磁波理论证明：麦克斯韦的经典电磁场理论理论证明：麦克斯韦的经典电磁场理论实验验证：赫兹的电火花实验，发现电磁波的实验验证：赫兹的电火花实验，发现电磁波的速度和光速相同。赫兹最早发现光电效应。速度和光速相同。赫兹最早发现光电效应。其它实验证据：其它实验证据：1、光的、光的干涉干涉：托马斯：托马斯杨杨2、光的、光的衍射衍射：菲涅尔：菲涅尔3、光的、光的偏振偏振：马吕斯：马吕斯31717世纪明确形成世纪明确形成了两大对立学说了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说1919世纪初证明了世纪初证明了波动说的正确性波动说的正确性由于波动说没有由于波动说没有数学基础以及牛数学基础以及牛顿

3、的威望使得微顿的威望使得微粒说一直占上风粒说一直占上风19世纪末光电效应现象使得爱因斯坦在20世纪初提出了光子说：光具有粒子性对光学的研究从很早就开始了从很早就开始了4用弧光灯照射擦得很用弧光灯照射擦得很亮的锌板，亮的锌板，(注意用导注意用导线与不带电的验电器线与不带电的验电器相连），相连），发现验电器发现验电器指针张开指针张开;再用与丝绸摩擦过的再用与丝绸摩擦过的玻璃棒去接触锌板，玻璃棒去接触锌板，则验电器的指针张角则验电器的指针张角会会更大更大。一、光电效应现象一、光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电.51.1.什么是光电效应什么是光电效应当光线照射在金属表面时，金属中当光线照

4、射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为有电子逸出的现象，称为光电效应光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流.光电效应的实质：光现象光电效应的实质：光现象电现象电现象光包括不可见光，使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫外线光包括不可见光，使锌板发射出电子的光是弧光灯发出的紫外线.6阳阳极极阴阴极极石英窗石英窗光线经石英窗照在阴极上，便光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出有电子逸出-光电子光电子。光电子在电场作用下形成光电流。光电子在电场作用下形成光电流。2.2.光电效

5、应的实验规律光电效应的实验规律1. 1. 光电效应实验光电效应实验阴极阴极K和阳极和阳极A是密封在真空玻璃管是密封在真空玻璃管中的两个电极，中的两个电极，K在受到光照时能够在受到光照时能够发射光电子电源加在发射光电子电源加在K与与A之间的之间的电压大小可以调整，正负极也可以电压大小可以调整，正负极也可以对调对调7一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律2.2.2.2.光电效应实验光电效应实验光电效应实验光电效应实验规律规律规律规律( (研究电子发射情况研究电子发射情况研究电子发射情况研究电子发射情况与照射光的强弱、光的颜色的关系与照射光的强弱、光的颜色的关系与照射光的强弱、光的颜色的关系

6、与照射光的强弱、光的颜色的关系) )（1）存在饱和电流）存在饱和电流光照不变，增大光照不变，增大UAK，G表中电流表中电流达到某一值后不再增大，即达到达到某一值后不再增大，即达到饱和值。饱和值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K发射的发射的电子数目一定。电子数目一定。实验表明：实验表明： 在光的频率（在光的频率（颜色颜色）不变的情况下，入射光）不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和越强，单位时间内发射的光电子数越多，饱和电流越大电流越大。阳阳极极阴阴极极10：使光电流减小到零的反向电压：使光电流减小到零的反向电压+ + + + + + + + + + + + 一一

7、一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一 一一一一v加反向电压，如右图所示：加反向电压，如右图所示：光电子作减速运动。若光电子作减速运动。若最大的初动能最大的初动能U=0时，时，I0， 因为电子有初速度因为电子有初速度则则I=0，式中，式中UC为为遏止电压遏止电压一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)(2)存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC CEEUFKA11IIsUc2OU黄光（黄光（ 强）强）黄光（黄光（ 弱）弱）光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律

8、蓝光蓝光Uc1(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率实验表明实验表明: :对于一定对于一定对于一定对于一定颜色颜色颜色颜色( (频率频率频率频率) )的光的光的光的光,无无无无论光的强弱如何论光的强弱如何论光的强弱如何论光的强弱如何, ,遏遏遏遏止电压是一样的止电压是一样的止电压是一样的止电压是一样的. .光光光光的频率的频率的频率的频率 不同，不同，遏止遏止遏止遏止电压不同；电压不同；电压不同；电压不同； 越大越大, Uc越大越大越大越大a.存在存在遏止电压遏止电压UC C12一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率实验结论

9、：光电子的实验结论：光电子的最大初动能最大初动能(能量）能量）只与只与入入射光的频率射光的频率有关，与入射光的强弱无关。有关，与入射光的强弱无关。遏止电压与光的频率遏止电压与光的频率 有关有关。13经研究后发现：经研究后发现：一一. .光电效应的实验规律光电效应的实验规律b.存在存在截止频率截止频率 c对于每种金属，都对于每种金属，都有相应确定的有相应确定的截止频率截止频率 c（极限频率极限频率）。当入射光频率当入射光频率 c时，电子才能逸出时，电子才能逸出金属表面；金属表面； 当入射光频率当入射光频率 W0 0时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出， 就就是光电效应的是光电效应的截止频率截止

10、频率。电子电子1 1次吸收次吸收1 1个光子个光子的全部能量，的全部能量，不能积累不能积累能量，光电流几乎是瞬时发生的。能量，光电流几乎是瞬时发生的。光强较大时，包含的光强较大时，包含的光子数较多光子数较多，照射金，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。属时产生的光电子多，因而饱和电流大。三三. .爱因斯坦的光量子假说爱因斯坦的光量子假说24爱因斯坦提出光子说解释光电效应的时候，实爱因斯坦提出光子说解释光电效应的时候，实验测量尚不精确，加上这种观点与当时的理论大相验测量尚不精确，加上这种观点与当时的理论大相径庭，因此并未被物理学家们广泛承认，甚至被说径庭，因此并未被物理学家们广泛承认，甚至

11、被说成是成是“在思辨中迷失目标在思辨中迷失目标”的的“冒昧的假设冒昧的假设”。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，花了美国物理学家密立根，花了十年十年时间做光电效应实验，时间做光电效应实验，测量金属的遏止电压与入射光的频率，由此算出普朗克常量测量金属的遏止电压与入射光的频率，由此算出普朗克常量h ，并与普朗克根据黑体辐射得出的，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，在相比较，在1915年证实了年证实了爱因斯坦的光电效应方程，两种方法得到的爱因斯坦的光电效应方程，两种方法得到的普朗克常量普朗克常量h 在在0.5%的误差范围内一致，又一次证明了的误差范围内一致，又一次证

12、明了“光量子假说 ”理论的理论的正确。正确。三三. .爱因斯坦的光量子假说爱因斯坦的光量子假说光电效应显示了光的粒子性。光子不但具有能量，也光电效应显示了光的粒子性。光子不但具有能量，也具有动量。具有动量。25爱因斯坦由于爱因斯坦由于对光电效对光电效应的解释应的解释和对理论物理和对理论物理学的贡献获得学的贡献获得1921年诺年诺贝尔物理学奖贝尔物理学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光电效应，光电效应，特别是通过著名特别是通过著名的的油滴实验，证明电荷有最油滴实验，证明电荷有最小单位小单位。获得。获得19231923年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖。26爱因斯坦爱因斯坦1905

13、年（26岁）3月，发表量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文分子大小的新测定法，取得博士学位。5月完成论文论动体的电动力学，独立而完整地提出狭义相对论原理，开创物理学的新纪元。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。 1915年（36岁）11月，提出广义相对论引力方程的完整形式，并且成功地解释了水星近日点运动。1916年（37岁）3月，完成总结性论文广义相对论的基础。5月，提出宇宙空间有限无界的假说。8月，完成关于辐射的量子理论，总结量子论的发展，提出受激辐射理论。 1921年（42岁），爱因斯坦因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖 相对论没有获诺贝尔奖，一个重要原因就

14、是还缺乏大量事实验证。 27思考与讨论思考与讨论 给给出出了了光光电电子子的的最最大大初初动动能能Ek与与入入射射光光的的频频率率的的关关系系。但但是是，很很难难直直接接测测量量光光电电子子的的动动能能，容容易易测测量量的的是是遏止电压遏止电压Uc。怎样改写此式以得到。怎样改写此式以得到Uc与与、W0的关系？的关系？例例题题：密密立立根根测测量量金金属属的的遏遏止止电电压压Uc与与入入射射光光频频率率，由由此算出普朗克常数此算出普朗克常数h 下表是某金属的下表是某金属的Uc和和的几组数据。的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878/1014Hz5.6445.8886

15、.0986.3036.501试作出试作出Uc-图象并通过图象求出：图象并通过图象求出：（1）这种金属的截止频率；）这种金属的截止频率；（2）普朗克常量。）普朗克常量。28练习练习课本例题课本例题P34分析由上面讨论结果可得：对于一定金属，逸出功对于一定金属，逸出功W0是确定的，电子电荷是确定的，电子电荷e和普朗克常量和普朗克常量h都是常量。都是常量。所以遏止电压UC与光的频率之间是线性关系即：Uc图象是一条斜率为 的直线29练习练习课本例题P34分析由上面讨论结果可得：遏止电压遏止电压Uc与光电子与光电子的最大初动能的最大初动能Ek有关有关Ek越大，越大，Uc越高；越高；Uc为零，为零，Ek为

16、零，即没有光电子为零，即没有光电子所以与遏止电压所以与遏止电压U Uc c=0=0对应的频率应该是截止频率对应的频率应该是截止频率c c30解题的核心是由解题的核心是由光电效应方程光电效应方程结合结合动能与静电力做功的关系动能与静电力做功的关系Ek=eUc写出写出学生熟悉的形式学生熟悉的形式Uc= （蓝字（蓝字两个变量）两个变量）由图象求参数的方法：由图象求参数的方法：电源电动势和内阻（直接求参数）电源电动势和内阻（直接求参数）用单摆测重力加速度（用图象求平均值）用单摆测重力加速度（用图象求平均值）31由以上分析可知：由以上分析可知：根据数据作根据数据作Uc图象即可求得图象即可求得遏止电压遏止

17、电压U Uc c=0=0对应的频率就是截止频率对应的频率就是截止频率c cU Ucc图象是一条斜率为图象是一条斜率为 的直线的直线32饱和电压、饱和电压、遏止电压和截止频率、遏止电压和截止频率、瞬时性瞬时性不应存在截止频率、不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间光弱时电子逸出应需很长时间光电效应实验发现规律光电效应实验发现规律 用经典光的电磁理论解释实验规律用经典光的电磁理论解释实验规律（只有少部分能解释）（只有少部分能解释） 爱因斯坦光量子假设爱因斯坦光量子假设（以普朗克能量子假说为基础）（以普朗克能量子假说为基础） 光的电磁理论的困难光的电

18、磁理论的困难数学推理数学推理-爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程密立根的精密测量直接证实这个方程密立根的精密测量直接证实这个方程思路小结：思路小结：33放大器放大器控制机构控制机构可以用于自动控制，可以用于自动控制，可以用于自动控制，可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。四四. .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1.1.1.1.光控继电器光控继电器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

19、使光电流放大大，可使光电流放大大，可使光电流放大10105 5101088倍，灵敏度倍，灵敏度倍，灵敏度倍，灵敏度高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、高，用在工程、天文、科研、军事等方面科研、军事等方面科研、军事等方面科研、军事等方面。2.2.2.2.光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管34光电管光电源电流计IAK351.1.在演示光电效应的实验中，原来不带在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，一个角度，如图所示，这时

20、这时( )( )A.A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.C.锌板带负电，指针带正电锌板带负电，指针带正电D.D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B练习练习362.2.一束黄光照射某金属表面时，不能产一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是属产生光电效应的是( )( )A.A.延长光照时间延长光照时间B.B.增大光束的强度增大光束的强度C.C.换用红光照射换用红光照射D.D.换用紫光照射换用紫光照射D练习练习373.3.关于光子说的基本内容

21、有以下几点，不正确的关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是是( )( )A.A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子每一份叫一个光子B.B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子光是具有质量、能量和体积的物质微粒子C.C.光子的能量跟它的频率成正比光子的能量跟它的频率成正比D.D.光子客观并不存在，而是人为假设的光子客观并不存在，而是人为假设的练习练习B38例例3、如如图图，当当电电键键S断断开开时时，用用光光子子能能量量为为2.5eV的的一一束束光光照照射射阴阴极极K，发发现现电电流流表表读读数数不不为为零零。合合上上电电键键

22、，调调节节滑滑线线变变阻阻器器，发发现现当当电电压压表表读读数数小小于于0.60V时时，电电流流表表读读数数仍仍不不为为零零；当当电电压压表表读读数数大大于于或或等等于于0.60V时时，电电流流表表读读数数为为零零。由由此此可可知知阴阴极极材材料料的的逸逸出出功功为为（ ）A1.9eV B0.6eV C2.5eV D3.1eV 解解析析：电电流流表表读读数数刚刚好好为为零零，说说明明刚刚好好没没有有光光电电子子能能够够到到达达阳阳极极。根根据据动动能能定定理理，光光电电子子的的最最大大初初动动能能刚刚好好为为0.6eV。由由Ek=h-W0可知可知W0=1.9 eV。选。选A。 A394. 4.

23、 能引起人的视觉感应的最小能量为能引起人的视觉感应的最小能量为1010-18-18J J，已知可见光的平均波长约为已知可见光的平均波长约为0.60.6 m m，则进入人，则进入人眼的光子数至少为眼的光子数至少为 个，恰能引起人眼的感个，恰能引起人眼的感觉觉. .练习练习3405.5.关于光电效应下述说法中正确的是关于光电效应下述说法中正确的是( )( )A.A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大而增大B.B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应就一定能产生光电效应C.C.在光电效应中

24、，饱和光电流的大小与入射光在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关的频率无关D.D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应频率的光不能发生光电效应练习练习D41由前面的实验规律知，光电子的最大初动能只与由前面的实验规律知，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，而与光的强度无关，所以答入射光的频率有关，而与光的强度无关，所以答案案A错误。是否能发生光电效应是由光的频率决错误。是否能发生光电效应是由光的频率决定的，只要光的频率大于金属的极限频率就可以定的，只要光的频率大于金属的极限频率就可以发生光电效应，而与光的强度与照射时间

25、无关。发生光电效应，而与光的强度与照射时间无关。则答案则答案B错误。对于答案错误。对于答案C正确的理解是这样的，正确的理解是这样的，饱和光电流的大小是与光强有关，但不等于说与饱和光电流的大小是与光强有关，但不等于说与入射光的频率无关。饱和光电流与光强成正比的入射光的频率无关。饱和光电流与光强成正比的结论应是在入射光频率一定的条件下才成立的。结论应是在入射光频率一定的条件下才成立的。若入射光的强度一定时，入射光的光子数便取决若入射光的强度一定时，入射光的光子数便取决于每一个光子的能量，根据光子说可知，频率越于每一个光子的能量，根据光子说可知，频率越大的光子能量就越大，则光子数便越小，入射光大的光

26、子能量就越大，则光子数便越小，入射光子数越少，打出的光电子数就越少，饱和光电流子数越少，打出的光电子数就越少，饱和光电流便小了，所以在光强一定时，入射光的频率越大，便小了，所以在光强一定时，入射光的频率越大，则饱和光电流就越小。所以答案则饱和光电流就越小。所以答案C错误，正确的错误，正确的答案为答案为D。42练习练习课本课本P391、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？想看，这种光是否一定最亮？为什么？在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其频率最高。频率最高。紫

27、光不是最亮的。紫光不是最亮的。一为光强，一为光强，因为光的亮度由两个因素决定，因为光的亮度由两个因素决定，二为人眼的视觉灵敏度。二为人眼的视觉灵敏度。在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。43练习练习课本课本P392、在光电效应实验中、在光电效应实验中（1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？）如果入射光强度增加，将产生什么结果？（2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？）如果入射光频率增加，将产生什么结果？（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加，）当入射光

28、频率高于截止频率时，光强增加，发射的光电子数增多；发射的光电子数增多； 当入射光频率低于当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光电子发射出来。电子发射出来。（2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初）入射光的频率增加，发射的光电子最大初动能增加。动能增加。44练习练习课本课本P365 5、根据图、根据图17.2-217.2-2所示研究光电效应的电路，利用能够所示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行产生光电效应的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实验实验，怎样测出

29、普朗克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。克常量的关系式。GVAKR单色光单色光分析：阳极与电源负极相接分析：阳极与电源负极相接阴极与电源正极相接阴极与电源正极相接测出两种不同频率测出两种不同频率1、2光的遏止电压光的遏止电压U1、U2代入公式：代入公式：45当入射光频率分别为当入射光频率分别为1、2时，测出遏止电压时，测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得，由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得联立上两式，解得其中其中e为电子的电量，测出为电子的电量，测出U1与与U2就可测出普朗

30、克就可测出普朗克常量常量46实验步骤：实验步骤：（1 1）将图）将图17.2-217.2-2电路图电源正负对调，滑动变阻器电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为滑动触头滑至最左边，用频率为1 1 的光照射，此时的光照射，此时电流表中有电流。电流表中有电流。将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数记下伏特表的示数U U1 1。（2 2）用频率为）用频率为2 2的光照射，重复（的光照射，重复（1 1）的操作，记）的操作，记下伏特表的示数下伏特表的示数U

31、 U2 2。 （3 3）应用）应用 计算计算h h。（4 4）多次测量取平均值。）多次测量取平均值。47颜色颜色波长波长/nm/nm频率频率 /1014HZ遏制电遏制电压压U/V最大动能最大动能EKm/eV绿绿蓝蓝紫紫（光强）（光强）紫紫（光弱）（光弱）48 康普顿效应康普顿效应第第2课时课时17. 2 科学的转折：科学的转折：光的粒子性光的粒子性49康康普普顿顿效效应应康康普普顿顿效效应应(1892-1962)美国物理学家美国物理学家50光在介质中与物质微粒相互光在介质中与物质微粒相互作用作用,因而传播方向发生改变因而传播方向发生改变,这这种现象叫做种现象叫做光的散射光的散射2.2.康普顿效

32、应康普顿效应 19231923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线射线通过物质散射的实验时，发现通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长散射线中除有与入射线波长0 0相同的射线外，还有波长比相同的射线外，还有波长比0 0更大的成分更大的成分。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康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体对对对对X X 射线的散射射线的散射射线的散射射线的散射1.1.光的散射光的散射511.1.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

33、通过物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，质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频其频率等于入射光频率率等于入射光频率，所以它所发射的，所以它所发射的散射光散射光频率频率应等于应等于入射光频率入射光频率。 如果入射如果入射X光是某种波长的电磁波，散射光是某种波长的电磁波，散射光也应该是光也应该是X光！不会出现波长更长的波。光！不会出现波长更长的波。522.2.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，光子有一部分能若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，量传给电子，

34、散射光子散射光子的能量减少，于是的能量减少，于是散射光散射光的波长大于的波长大于入射光入射光的波长。的波长。 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，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，子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。乎不变，波长不变。 光子与晶体中的光子与晶体中的电子电子碰撞时遵从那些规律？碰撞时遵从那些规律？531.1.有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设； 2.2.首次在实验上证实了首次在实验上证实了“光子具

35、有动量光子具有动量”的假设；的假设；3.3.证实了证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和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。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混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只；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。考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。三三. .康普顿散射实验的意义康

36、普顿散射实验的意义5419251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的X射线射线( 0=5.62nm)为入射线为入射线,以以15种轻重不同的元素为散射物质，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吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作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对证实康普顿效应作出了重要贡献。重要贡献。在同一散射角在同一散射角()测量测量各种波长的散射光强度，作各种波长的散射光强度，作了大量了大量X 射线散射实验。射线散射实验。（1897-19771897-1977） 吴有训吴有训三三. .康普顿散射实验的意义康普

37、顿散射实验的意义55四四. .光子的动量光子的动量56动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的。频率和波长则是用来描述波的。光子的能量：光子的能量：光子的光子的动量：动量：57光的粒子性光的粒子性一、光电效应的基本规律一、光电效应的基本规律小结小结1.光电效应现象光电效应现象2.光电效应实验规律光电效应实验规律(2)(2)(2)(2)存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率存在遏止电压和截止频率（1 1 1 1）存在饱和电流）存在饱和电流）存在饱和电流）存在饱和电流(3)(3)具有瞬时性具有瞬时性具有瞬时性具有瞬时性（3 3）光子说对光电效

38、应的解释）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程）爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程三、爱因斯坦的光电效应方程（1 1）光子：）光子：二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难58X X射线散射实验的研究射线散射实验的研究康普顿用光量子说解释实验规律康普顿用光量子说解释实验规律难以解决的矛盾难以解决的矛盾 数学推理数学推理与实验事实对照与实验事实对照 本节总小结：本节总小结： 光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性，光电光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性，光电效应表明光具有能量，康普顿效应表明光子既具有能量，又有动效应表明光具有能量，康普顿效应表明光子既具有能量，又有动量。量。 光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。教学线索教学线索 用经典电磁理论解释实验规律用经典电磁理论解释实验规律 59个人观点供参考，欢迎讨论