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第十七章波粒二象性第2节光的粒子性,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？,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,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,2、光电效应实验规律,（1）存在饱和电流,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。,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。,：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，I0，,因为电子有初速度,则I=0，式中UC为遏止电压,(2)存在遏止电压和截止频率,a.存在遏止电压UC,U,K,A,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,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UC,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。,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。,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,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。,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,思考与讨论,？,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105108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,应用,光电管,光,电源,电流计,I,A,K,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,3、康普顿散射的实验装置与规律：,晶体,光阑,探测器,0,散射波长,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！,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,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=2.4110-3nm（实验值）,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,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。,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,康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖,(1892-1962)美国物理学家,康普顿效应,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。,七、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,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,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,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,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,4、能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J，已知可见光的平均波长约为0.6m，则进入人眼的光子数至少为个，恰能引起人眼的感觉.,3,5、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,
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