光的粒子性课件(共40张)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十七章 波粒二象性,第,2,节,光的粒子性,人教版选修,3-5,第1页，共40页。,问题：,回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？,第2页，共40页。,用弧光灯照射擦得很亮的锌板，,(,注意用导线与不带电的验电器相连），,使验电 器张角增大到约为,30,度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。,。,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,一、光电效应的实验规律,第3页，共40页。,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,。,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,1,、什么是光电效应,第4页，共40页。,2,、光电效应实验,规律,（,1,）存在饱和电流,光照不变，增大,U,AK,，,G,表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。,因为光照条件一定时，,K,发射的电子数目一定。,实验表明：,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。,阳极,阴极,第5页，共40页。,：使光电流减小到零的反向电压,+,一 一 一 一 一 一,v,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,U,=0,时，,I,0,，,因为电子有初速度,则,I=0,，式中,U,C,为,遏止电压,(2),存在,遏止电压和截止频率,a.,存在,遏止电压,U,C,E,E,U,F,K,A,第6页，共40页。,I,I,s,U,a,O,U,黄光（强）,黄光（弱）,光电效应伏安特性曲线,遏,止,电,压,饱,和,电,流,兰光,U,b,(2),存在,遏止电压和截止频率,阳极,阴极,第7页，共40页。,实验表明,:,对于一定,颜色,(,频率,),的光,无论光的强弱如何,遏止电压是一样的,.,光的频率,改变是，,遏止电压也会改变。,(2),存在,遏止电压和截止频率,a.,存在,遏止电压,U,C,光电子的,最大初动能,只与,入射光的频率,有关，与入射光的强弱无关。,阳极,阴极,第8页，共40页。,散射中出现 0 的现象，称为康普顿散射。,1、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，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，,二、光电效应解释中的疑难,问题：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？,锌板带负电，指针带正电,6m，则进入人眼的光子数至少为 个，恰能引起人眼的感觉.,当入射光频率 c 时，电子才能逸出金属表面；,各种波长的散射光强度，作,(1892-1962)物理学家,二、光电效应解释中的疑难,以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。,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.,则I=0，式中UC为遏止电压,经研究后发现：,b.,存在,截止频率,c,对于每种金属，都相应确定的截止频率,c,。,当入射光频率,c,时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率,W,0,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。,第15页，共40页。,问题：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？,锌板带负电，指针带负电,勒纳德等人通过实验得出以下结论：,爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。,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.,(2)存在遏止电压和截止频率,勒纳德等人通过实验得出以下结论：,(2)存在遏止电压和截止频率,5、关于光电效应下述说法中正确的是(),光电子最大初动能,光电子定向移动形成的电流叫光电流,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。,(2)存在遏止电压和截止频率,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：,4、吴有训对研究康普顿效应的贡献,由于爱因斯坦提出的光子假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,、光电效应理论的验证,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。,第16页，共40页。,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,第17页，共40页。,思考与讨论,？,第18页，共40页。,放大器,控制机构,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,1,、光控继电器,可对微弱光线进行放大，可使光电流放大,10,5,10,8,倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面,。,2,、光电倍增管,四、光电效应在近代技术中的应用,第19页，共40页。,应用,光电管,光,电源,电流计,I,A,K,第20页，共40页。,1,、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,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,。,四、康普顿效应,2,、康普顿效应,第21页，共40页。,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,),j,0,散射波长,第22页，共40页。,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！,第23页，共40页。,康普顿散射曲线的特点：,a.,除原波长,0,外出现了移向长波方向的新的散射波长,。,b.,新波长,随散射角的增大而增大。,散射中出现,0,的现象，称为,康普顿散射。,波长的偏移为,=0,O,j,=45,O,j,=90,O,j,=135,O,j,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,o,（,A,）,0.700,0.750,波长,.,.,.,.,.,.,.,0,第24页，共40页。,称为电子的,Compton,波长,只有当入射波长,0,与,c,可比拟时，康普顿效应才显著，,因此要用,X,射线才能观察到,康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。,波长的偏移只与散射角,有关，,而与散射物质种类及入射的,X,射线的波长,0,无关，,c,=0.0241=2.4110,-3,nm,（实验值）,第25页，共40页。,1,、经典电磁理论在解释康普顿效应时,遇到的困难,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，,其频率等于入射光频率,，所以它所发射的,散射光频率,应等于,入射光频率,。,无法解释波长改变和散射角关系。,五、康普顿效应解释中疑难,第26页，共40页。,2,、光子理论对康普顿效应的解释,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。,第27页，共40页。,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。,六、康普顿散射实验的意义,第28页，共40页。,康普顿,1927,年获诺贝尔物理学奖,(1892-1962)物理学家,康普顿效应,第29页，共40页。,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,第30页，共40页。,七、光子的动量,第31页，共40页。,动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的,第32页，共40页。,光的粒子性,一、光电效应的基本规律,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,.,第33页，共40页。,（,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,第34页，共40页。,1,、,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，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，,这时,(),A.,锌板带正电，指针带负电,B.,锌板带正电，指针带正电,C.,锌板带负电，指针带正电,D.,锌板带负电，指针带负电,B,课堂练习,第35页，共40页。,2,、,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属产生光电效应的是,(),A.,延长光照时间,B.,增大光束的强度,C.,换用红光照射,D.,换用紫光照射,D,第36页，共40页。,3,、,关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是,(),A.,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,B.,光是具有质量、能量和体积的物质微粒子,C.,光子的能量跟它的频率成正比,D.,光子客观并不存在，而是人为假设的,B,第37页，共40页。,4,、,能引起人的视觉感应的最小能量为,10,-18,J,，已知可见光的平均波长约为,0.6,m,，则进入人眼的光子数至少为,个，恰能引起人眼的感觉,.,3,第38页，共40页。,5,、,关于光电效应下述说法中正确的是,(),A.,光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大,B.,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,C.,在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关,D.,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,D,第39页，共40页。,第40页，共40页。,