第2节科学的转折光的粒子性课件

单击此处编辑母版标题样式,品质来自专业,信赖源于诚信,第2节 科学的转折：光的粒子性,教学目标,1、知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律。,2、了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应现,象。,3、知道爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决一些简,单问题。,4、了解康普顿效应及光子理论对康普顿效应的解释。,5、认识到康普顿效应进一步证明了光的粒子性。,教学重点：,光电效应 康普顿效应,第2节 科学的转折：光的粒子性 教学目标 教学重点：,一、光电效应,：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。,一、光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。,二、光电效应的定量研究：,实验发现规律,饱和电流、,遏止电压和截止频率、,瞬时性,光的电磁理论的困难：,不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出,应需很长时间,二、光电效应的定量研究：实验发现规律 饱和电流、遏止电,爱因斯坦的光子说。光的波动说无法解释光电效应。考虑到光和热辐射一样，也是一种电磁波，于是爱因斯坦把普朗克的量子理论应用到光学研究中来，提出了光子说,。,三、光子说的内容是,：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量,E,跟光的频率,成正比：,E=h,。（光子是以电磁波形式存在的一份能量，没有静止质量）,注：光子说比普朗克的能量子说又进了一步。,光电效应的物理过程：,设每个光子只能被一个电子吸收（一个光子不能被多个电子分开吸收）；每个电子每次只能吸收一个光子（一个电子不能同时吸收多个光子）。,入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子（,a,、,b,、,c,、,e,、,g,）动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子（,b,、,c,、,g,），有些没射出（,a,、,e,）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（,g,），飞出时动能最大。,爱因斯坦的光子说。光的波动说无法解释光电效应。考虑到,四、爱因斯坦光电效应方程,说明：,E,k,是光电子的最大初动能；,W,0,是逸出功，即从,金属表面,直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也就是使电子脱离某种金属所做功的最小值。这个方程和能量守恒定律是完全一致的。,五、用光子说解释光电效应规律：,1、由,E,k,=,h-W,0,eU,C,可知存在遏止电压且它只和光的频率有关；,2、如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了截止频率（极限频率）的存在；,且有关系：,v,c,=W,0,/h或,W,0,=,h,c,3、由于光电效应是由一个光子被一个电子吸收引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。,4、由3还可能存在饱和电流。,四、爱因斯坦光电效应方程 说明：五、用光子说解释光电效应规律,思考与讨论,给出了光电子的最大初动能,E,k,与入射光的频率,的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压,U,c,。怎样改写此式以得到,U,c,与,、,W,0,的关系？,例题,：,密立根测量金属的遏止电压,U,c,与入射光频率,，由此算出普朗克常数,h,下表是某金属的,U,c,和,的几组数据。,U,c,/V,0.541,0.637,0.714,0.809,0.878,/10,14,Hz,5.644,5.888,6.098,6.303,6.501,试作出,U,c,-,图象并通过图象求出：,（1）这种金属的截止频率；,（2）普朗克常量。,思考与讨论例题：密立根测量金属的遏止电压Uc与入射光频率,解题的核心是由,光电效应方程,结合,动能与静电力做功的关系,E,k,=,eU,c,写出,学生熟悉的形式,U,c,=,（蓝字两个变量）,由图象求参数的方法：,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）,解题的核心是由 光电效应方程由图象求参数的方法：,饱和电压、,遏止电压和截止频率、,瞬时性,不应存在截止频率、,遏止电压应与光强有关、,光弱时电子逸出应需很长时间,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（只有少部分能解释）,爱因斯坦光量子假设,（以普朗克能量子假说为基础）,光的电磁理论的困难,数学推理-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,思路小结：,饱和电压、不应存在截止频率、光电效应实验发现规律 用经典光的,例1、,对爱因斯坦光电效应方程,E,k,=,h-W,0,，下面的理解正确的有（）,A用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都具有同样的初动能,B式中的,W,0,表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功,C逸出功,W,0,和极限频率,c,之间应满足关系式,W,0,=,h,c,D光电子的最大初动能和入射光的频率成正比,C,例1、对爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0，下面的理解正,例2、,已知能使某金属产生光电效应的极限频率为,c,，（）,A当用频率低于,c,的单色光照射该金属时，一定能产生光电子,B当用频率为2,c,的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为,h,c,C在照射光的频率,大于,c,的条件下，若,增大，则逸出功,W,0,也随之增大,D在照射光的频率,大于,c,的条件下，若,增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍,解析：,逸出功,W,0,和极限频率的关系是,W,0,=,h,c,，当入射光频率为2,c,时，根据光电效应方程，,E,k,=,h,2,c,-W,0,=,h,c,，因此B正确。逸出功是金属本身的性质，与入射光频率无关。光电子的最大初动能,E,k,=,h-W,0,，是关于频率的一次函数，但不是正比例函数。本题只选B。,B,例2、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，（,例3、,如图，当电键,S,断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极,K,，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（）,A1.9eV B0.6eV,C2.5eV D3.1eV,解析：,电流表读数刚好为零，说明刚好没有光电子能够到达阳极。根据动能定理，光电子的最大初动能刚好为0.6eV。由,E,k,=,h-W,0,可知,W,0,=1.9 eV。选A。,A,例3、如图，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照,六、康普顿效应：,光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同,康普顿假设：,光子不仅具有能量，而且具有动量,；用 动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。,能量：,E,=,h,动量：,p,=,h,/,六、康普顿效应：光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的,光子的能量和动量,光子的能量和动量,动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的,动量能量是描述粒子的,X射线散射实验的研究,康普顿用光量子说解释实验规律,难以解决的矛盾,数学推理,与实验事实对照,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。,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,用经典电磁理论解释实验规律,X射线散射实验的研究康普顿用光量子说解释实验规律难以解决的矛,