光粒子性.ppt
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1、关于光的粒子性课件第一张,PPT共四十九页,创作于2022年6月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。一、光电效应现象一、光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电第二张,PPT共四十九页,创作于2022年6月1.1.什么是光电效应什么是光电效应 当光线照射在金属表面时,金属中有当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为电子逸出的现象,称为光电效应光电效应。逸出逸出的电子称为的电子称为光电子光电子。一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律光电子定向移动形
2、成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流 第三张,PPT共四十九页,创作于2022年6月一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律2.2.光电效应实验光电效应实验规律规律(1)存在饱和电流)存在饱和电流实验表明:实验表明:入射光越强,饱和电流越大,单位时入射光越强,饱和电流越大,单位时间内发射的光电子数越多。间内发射的光电子数越多。阳极阳极阴极阴极第四张,PPT共四十九页,创作于2022年6月IIsUaOU黄光(黄光(强)强)黄光(黄光(弱)弱)光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压饱饱和和电电流流一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律蓝光蓝光Ub(2)存在存在遏
3、止电压和截止频率遏止电压和截止频率阳极阳极阴极阴极第五张,PPT共四十九页,创作于2022年6月阳极阳极阴极阴极阳极阳极阴极阴极饱和电流饱和电流饱和电流饱和电流遏止电压遏止电压第六张,PPT共四十九页,创作于2022年6月实验表明实验表明:对于一定颜色对于一定颜色对于一定颜色对于一定颜色(频率频率频率频率)的的的的光光光光,无论光的强弱如何无论光的强弱如何无论光的强弱如何无论光的强弱如何,遏止电压遏止电压遏止电压遏止电压是一样的是一样的是一样的是一样的.光的频率光的频率光的频率光的频率 改变是,改变是,遏遏遏遏止电压也会改变。止电压也会改变。止电压也会改变。止电压也会改变。一一.光电效应的实验
4、规律光电效应的实验规律(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率a.存在存在遏止电压遏止电压UC C光电子的光电子的最大初动能最大初动能只与只与入射光入射光的频率的频率有关,与入射光的强弱无有关,与入射光的强弱无关。关。阳极阳极阴极阴极第七张,PPT共四十九页,创作于2022年6月一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律b.对于每种金属,都相应对于每种金属,都相应确定的确定的截止频率截止频率 c。当入射光频率当入射光频率 c 时,时,电子才能逸出金属表面;电子才能逸出金属表面;(2)存在存在遏止电压和截止频率遏止电压和截止频率阳极阳极阴极阴极第八张,PPT共四十九页,创作于2022年
5、6月只要入射光频率大于被照金属的极只要入射光频率大于被照金属的极只要入射光频率大于被照金属的极只要入射光频率大于被照金属的极限频率限频率限频率限频率,电流表指针就立即偏转。电流表指针就立即偏转。光电子发射所经过的时间不超过光电子发射所经过的时间不超过10109 9 秒秒光电效应在极短的时间内完成 一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(3)具有瞬时性具有瞬时性阳极阳极阴极阴极第九张,PPT共四十九页,创作于2022年6月勒纳德等人通过实验得出以下结论勒纳德等人通过实验得出以下结论:对于任何一种金属,都有一个极限频率,入对于任何一种金属,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
6、能发生光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;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,入射光当入射光的频率大于极限频率时,入射光越强,饱和电流越大;越强,饱和电流越大;光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只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;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,一般不超过时的,一般不超过10-9秒秒.一一.光电效应的实验规律光电效应的实验规律第十张,PPT共四十九页,创作于2022年6月 以上三
7、个结论都与实验结果相矛盾的,所以无法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。用经典的波动理论来解释光电效应。逸出功逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功逸出功。光越强,逸出的电子数越多,光电流也就越大。光越强,逸出的电子数越多,光电流也就越大。光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压UC应应与光的强弱有关。与光的强弱有关。不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可获得足够能不管光的频率如何,只要光足够强,电子都可获得足够能量从而逸出表面,不应存在截止频率。量从而逸出表面,不应存在截止频率。
8、如果光很弱,按经典电磁理论估算,电子需几分钟到如果光很弱,按经典电磁理论估算,电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量,这个时十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量,这个时间远远大于间远远大于10 S。-9实验表明实验表明:对于一定颜色对于一定颜色(频率频率)的光的光,无论光的强无论光的强弱如何弱如何,遏止电压是一样的遏止电压是一样的.温度不很高时,电子不能大量逸出,是由于受到金温度不很高时,电子不能大量逸出,是由于受到金属表面层的引力作用,电子要从金属中挣脱出来,属表面层的引力作用,电子要从金属中挣脱出来,必须克服这个引力做功。必须克服这个引力做功。二二.光电效应解释中的疑难
9、光电效应解释中的疑难 第十一张,PPT共四十九页,创作于2022年6月1.1.光子:光子:光本身就是由一个个不可分割的能量子光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为组成的,频率为的光的能量子为的光的能量子为h。这些能量子后来被称为这些能量子后来被称为光子光子。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发,他提出:爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发,他提出:三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第十二张,PPT共四十九页,创作于2022年6月2.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程1.1.光子光子:或光电子最大初动能光电子最大初动能 金属的逸
10、出功金属的逸出功 W0一个电子吸收一个光子的能量一个电子吸收一个光子的能量h后,一部分能量用后,一部分能量用来克服金属的逸出功来克服金属的逸出功WW0 0,剩下的表现为逸出后电,剩下的表现为逸出后电子的初动能子的初动能Ek,即:,即:三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第十三张,PPT共四十九页,创作于2022年6月3.3.光子说对光电效应的解释光子说对光电效应的解释爱因斯坦方程表明,光电子的初动能爱因斯坦方程表明,光电子的初动能E Ek k与入射光与入射光的频率成线性关系,与光强无关。只有当的频率成线性关系,与光强无关。只有当hh WW0 0 0 0时,时,才有光电子逸出,才有光电
11、子逸出,就是光电效应的截止频就是光电效应的截止频率。率。电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积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。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。产生的光电子多,因而饱和电流大。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第十四张,PPT共四十九页,创作于2022年6月由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应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的实验规律,荣获荣获19211921年诺贝尔
12、物理学奖年诺贝尔物理学奖。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。物理学家们广泛承认,因为它完全违背了光的波动理论。4.4.光电效应理论的验证光电效应理论的验证 美国物理学家密立根,花了十年时间做了美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应光电效应”实实验,结果在验,结果在1915年证实了爱因斯坦方程,年证实了爱因斯坦方程,h 的值与理论的值与理论值完全一致,又一次证明了值完全一致,又一次证明了“光量子光量子”理论的正确。理论的正确。三三.爱因斯坦的光量子假设爱因斯坦的光量子假设第十五
13、张,PPT共四十九页,创作于2022年6月爱因斯坦由于爱因斯坦由于对对光电效应光电效应的的理论解释和对理论解释和对理论物理学理论物理学的的贡献贡献获得获得1921年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖学奖密立根由于密立根由于研究基本电荷和研究基本电荷和光光电效应电效应,特别是通过著名的油,特别是通过著名的油滴实验,证明电荷有最小单位。滴实验,证明电荷有最小单位。获得获得19231923年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。第十六张,PPT共四十九页,创作于2022年6月思考与讨论思考与讨论课本P36第十七张,PPT共四十九页,创作于2022年6月放大器放大器控制机构控制机构 可以用于自动控制,可以用于自动控
14、制,可以用于自动控制,可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动计数、自动报警、自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。自动跟踪等。四四.光电效应在近代技术中的应用光电效应在近代技术中的应用1.1.1.1.光控继电器光控继电器光控继电器光控继电器可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放可对微弱光线进行放大,可使光电流放大大,可使光电流放大大,可使光电流放大大,可使光电流放大1010510108 8 倍,灵敏度高,倍,灵敏度高,倍,灵敏度高,倍,灵敏度高,用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、用在工程、天文、科研、军事
15、等方面军事等方面军事等方面军事等方面。2.2.2.2.光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管第十八张,PPT共四十九页,创作于2022年6月光电管光电源电流计IAK第十九张,PPT共四十九页,创作于2022年6月第第2课时课时 普顿效应康普顿效应康第二十张,PPT共四十九页,创作于2022年6月1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发因而传播方向发生改变生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射2.2.康普顿效应康普顿效应 1923年康普顿在做年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验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
16、长相同的射线外,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还有比入射线波长更长的射线,其波长的改变量与散射角射角有关,而与入射线波长有关,而与入射线波长 和散射物质都无关和散射物质都无关。一一.康普顿效应康普顿效应第二十一张,PPT共四十九页,创作于2022年6月3.3.康普顿散射的实验装置与规律:康普顿散射的实验装置与规律:晶体晶体 光阑光阑X 射线管射线管探探测测器器X 射线谱仪射线谱仪 石墨体石墨体(散射物质散射物质)j 0散射波长散射波长 一一.康普顿效应康普顿效应第二十二张,PPT共四十九页,创作于2022年6月康普顿正在测晶体对康普
17、顿正在测晶体对X 射线的散射射线的散射 按经典电磁理论:按经典电磁理论:如果入射如果入射X光是某种波长光是某种波长的电磁波,散射光的波长的电磁波,散射光的波长是不会改变的!是不会改变的!一一.康普顿效应康普顿效应第二十三张,PPT共四十九页,创作于2022年6月康普顿散射曲线的特点:康普顿散射曲线的特点:a.除原波长除原波长 0外出现了移向长波外出现了移向长波方向的新的散射波长方向的新的散射波长 。b.新波长新波长 随散射角的增大而增随散射角的增大而增大。大。散射中出现散射中出现 0 的现象,的现象,称为称为康普顿散射。康普顿散射。波长的偏移为波长的偏移为=0Oj=45Oj=90Oj=135O
18、j.o(A)0.7000.750波长波长.0 一一.康普顿效应康普顿效应第二十四张,PPT共四十九页,创作于2022年6月称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长 0与与 c可可比比拟拟时时,康康普普顿顿效效应应才才显显著著,因因此此要要用用X射射线线才才能能观观察察到到康康普普顿顿散散射射,用用可可见见光光观观察不到康普顿散射。察不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角 有关,有关,而与散射物质而与散射物质种类及入射的种类及入射的X X射线的波长射线的波长 0 0 无关,无关,c=0.0241=2.41 10-3nm(实验值)(实验值)一一.康普
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- 粒子
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