2-光的粒子性

第四章波粒二象性2、光电效应与光的量子说3、光的波粒二象性定义：当光(包括不可见光)的照射金属表面时，金属中有电子逸出的现象叫做光电效应。逸出的电子叫做光电子一.光电效应二.光电效应的实验规律VGAK阳极阴极(1)存在截止频率及瞬时性•当入射光频率c时，电子才能逸出金属表面；•当入射光频率c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。•当入射光频率c时，无论光强多弱，光电子总是立刻发射出来。一.光电效应的实验规律VGAK阳极阴极（3）光电子的动能与入射光的频率关系实验表明：光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。一.光电效应的实验规律VGAK阳极阴极（2）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。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。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。不存在截止频率二.经典电磁学解释光电效应的疑难(1)存在截止频率问题（3）存在饱和电流(2)瞬时性问题1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。爱因斯坦的光子说hE三.爱因斯坦的光量子假设2.爱因斯坦的光电效应方程0WEhk0WhEk或——光电子最大初动能——金属的逸出功W0221cekvmE一个电子吸收一个光子的能量hν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：三.爱因斯坦的光量子假设3.光子说对光电效应的解释三.爱因斯坦的光量子假设(1)存在截止频率及瞬时性VGAK阳极阴极（2）存在饱和电流（3）光电子的动能与入射光的频率关系0WhEk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。三.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年诺贝尔物理学奖。四.康普顿效应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。四.康普顿效应1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难五.经典电磁学解释康普顿效应的疑难①频率改变问题；②波长改变和散射角关系。2.光子理论对康普顿效应的解释①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。②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。③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。五.经典电磁学解释康普顿效应的疑难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hEhP动量、能量是描述粒子的,频率、波长则是用来描述波的能量——光电效应；动量——康普顿效应七.光的波粒二象性减弱光源，直到只剩下一个光子图4-3-3光的双缝干涉短长曝光时间结论1、图片呈现杂乱无章的几个亮点清晰的显示了光的粒子性．2、亮点在感光片上形成模糊的亮纹，形成了干涉条纹。说明了波动性是每一个光子的属性。并且每一次光子落在亮条纹的概率大，落在暗条纹处的概率小。————光是一种概率波1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性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（3）光子说对光电效应的解释（2）爱因斯坦的光电效应方程二、爱因斯坦的光电效应方程（1）光子：一、光电效应0WEhk三、康普顿效应hEhP四、波粒二象性（1）少量光子表现为粒子性（2）大量光子表现为波动性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.换用紫光照射练习3.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0.6m，则进入人眼的光子数至少为个，恰能引起人眼的感觉.练习4.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练习练习6、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？（2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？7、用波长为λ的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能为用波长为2λ的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的n倍,则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少?8.如图(甲)，合上开关，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．调节滑动变阻器，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．把电路改为图(乙)，当电压表读数为2V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A．1.5eV0.6eVB．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eVD．3.1eV4.5eV9.[2010·浙江高考]在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如下图所示．则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能9、波长为λ＝0.17μm的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子，光电子在磁感强度为B的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动时，已知r·B=5.6×10-6T·m，光电子质量m=9.1×10-31Kg，电量e=1.6×10-19C，求：(1)每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功．10、康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量.图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向________运动，并且波长______(填“不变”“变短”或“变长”).