17.2《光的粒子性》

17.2光的粒子性人类对光的本性的认识过程。光是微粒光沿直线传播光是波惠更斯光线光的反射光的干涉光的衍射光的偏振光的多普勒效应光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应菲涅尔光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应光的干涉光的衍射（绕射）光的偏振光的多普勒效应麦克斯韦根据其电磁场理论提出：光是一种电磁波到了十九世纪末，绝大多数物理学家确信：光是波选修3-4c=ν波速=波长x频率波长：频率：长短低高一.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。（1）光电效应：（2）光电子：（3）光电流：逸出的电子称为光电子。1.光电效应现象光电子定向移动形成的电流。1887年，赫兹发现光电效应2.光电效应的实验规律电流表：测光电流的大小电压表：测两极之间的电压大小滑动变阻器：改变两极之间的电压大小光线照在阴极上，便有电子逸出——光电子。光电子在电场加速下运动形成电流——光电流。光电效应实验阴极阳极石英窗AK电场的作用——促进电子收集。观察演示实验光电流和光电压有何关系？2.光电效应的实验规律实验表明：保持光频率、光强不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。（1）存在饱和电流保持光频率不变，增大光强，饱和电流增大。2.光电效应的实验规律实验结论1：1.存在饱和电流，入射光越强，饱和电流越，单位时间内发射的光电子数越。大多2.光电效应的实验规律UAK=0时，Is=0吗？UAK阴极阳极石英窗AKU=0时，I≠0，因为电子有初速度(2)存在遏止电压和截止频率把电源正负极反接加反向电压，如图所示：怎样才能让电流减小为0？－++++++一一一一一一vcv速率最大的是EEUFKAa.存在遏止电压UC(2)存在遏止电压和截止频率把电源正负极反接加反向电压，如图所示：怎样才能让电流减小为0？－++++++一一一一一一vcv速率最大的是EEUFKAa.存在遏止电压UC(2)存在遏止电压和截止频率加反向电压，如图所示：怎样才能让电流减小为0？2c12ecmveU=使光电流减小到零的反向电压叫遏止电压。2.光电效应的实验规律实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。II黄光（强）黄光（弱）遏止电压蓝光U2U1光的频率ν改变时，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光的频率ν越高，遏止电压越大。2.光电效应的实验规律实验结论2：存在遏制电压，且跟入射光的频率有关，与入射光的强弱无关，进而说明逸出光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。II黄光（强）黄光（弱）遏止电压蓝光U(2)存在遏止电压和截止频率a.存在遏止电压UC2c12ecmveU=经研究后发现：b.存在截止频率νc对于每种金属，都相应确定的截止频率νc。当入射光频率ννc时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ννc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。(2)存在遏止电压和截止频率把电源正负极反接△同一频率光照射，不管光强如何，遏止电压都相同。△光照频率越高，遏止电压越高。△光电子的能量只与入射光的频率有关。入射光的频率小于截止频率时不能发生光电效应。(2)存在遏止电压和截止频率当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流。精确测量表明产生电流的时间不超过10－9秒，即光电效应几乎是瞬时的。(3)具有瞬时性反馈练习：若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（）A.增大入射光的强度B.增加光的照射时间C.改用黄光照射D.改用紫光照射D以上三个结论与经典电磁理论相矛盾，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。二.光电效应解释中的疑难实验结论经典电磁理论入射光的越强，饱和电流越大强度越大，逸出的光电子数越多，光电流越大遏止电压只与频率有关，而与强度无关。遏止电压应与入射光的强度有关。如果光较弱，只要积累足够长时间，电子获得足够能量就会形成光电子存在截止频率γc当入射光频率低于截止频率，不能发生光电效应光电效应具有瞬时性能量的可以随时间积累对比吻合不符不符不符爱因斯坦的光量子假设频率为ν的光是由大量能量为E=hν的光子组成的粒子流。光子以光速运动。电子获得能量hE金属的逸出功W0研究最表面的电子0Whν0Whν0WhνOK!sorry!金属金属表面的电子要想逸出成为自由电子，必须克服原子核的吸引力做功，称为逸出功W0三.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦光电效应方程金属表面的电子要想逸出成为自由电子，必须克服原子核的吸引力做功，称为逸出功W02mekm21vmE光电效应的能量转化过程遵循光电子的最大初动能:Ek＝hν－W0或三.爱因斯坦的光电效应方程ν0EKν－W003、对光电效应的实验现象解释：③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。①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；②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；③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；④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.三.爱因斯坦的光电效应方程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年诺贝尔物理学奖光电效应现象证明了光子的存在，表明光不仅具有波动性，还可以表现出很强的粒子性。例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量2c12ecmveU==Ek＝hν－W0同时回答了33页思考与讨论的问题。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．1923年,康普顿在做X射线通过物质时被散射的实验时，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．2．康普顿效应散入根据经典电磁理论，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，所以散射光波长应等于入射光波长。散入光子理论对康普顿效应的解释康普顿效应是光子和电子发生弹性碰撞的结果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。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。hE五、光子的动量2mchE2chmhchmcp光子的能量：E=hν爱因斯坦质能方程：E=mc2p=mv光速符号c光子动量p=mchp碰撞后光子动量变小，表现为波长变长，这就是光子散射的康普顿效应。五、光子的动量康普顿效应的意义（1）证实了爱因斯坦“光子说”；（2）证实了“光子具有动量”；（3）证实了在微观世界的碰撞中，动量守恒定律和能量守恒定律仍然成立.光的粒子性康普顿(1892-1962)1927年获诺贝尔物理学奖小结1.光电效应现象3.爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论的解释Ek＝hν－W02.光电效应规律4、康普顿效应5、光子的动量作业布置自主学习丛书上面的习题。