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17.2光的粒子性 (公开课)

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1、,2,光的粒子性,第十七章波粒二象性,高中物理选修3-5,知识复习：,1、什么是热辐射？ 2、什么是黑体辐射？ 3、黑体辐射的实验规律？ 4、能量子及计算公式。,实验：用弧光灯照射擦得很亮的锌板，使验电器张角增大到约为 30度时，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。,原因：当光照射锌板时，它吸收光子能量，振动加剧，当这个能量足够大时，就会是电子逸出，从而发生光电效应。,1.什么是光电效应,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。,光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。,光电子在电场作用下形成光电流。,2.光电效应的实验规律,1. 光电效应实验,2、饱和光电流,在光照条件不变的前提下，随着电压的增加，光电流趋于饱和值-饱和电流。,将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。,当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。,遏止电压,光强决定的饱和电流,频率决定的遏制电压,光电效应实验规律,.光电流与光强的关系,饱和光电流

2、强度与入射光强度成正比。,.截止频率c -极限频率,对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率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 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s。,3.爱因斯坦的光量子假设,1.内容,光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：,2.爱因斯坦光电效应方程,3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极极限频率。,爱因斯坦对光电效应的解释： 1. 光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。,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

3、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,。,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,4.光电效应在近代技术中的应用,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,当堂训练,1、关于光电效应，下列说法正确的是（） A.极限频率越大的金属材料逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多,2、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），如图

4、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,当堂训练,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,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。,一.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！,光子理论对康普顿效应的解释,康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的,子。,小,光远,2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰将与整个原子交换能量,由于光子质量原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后量几乎不变，波长不变光撞，,于,1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一能量传给电子,散射光子的能量减少，射光的波长大于入射光的波长。,结果，具体解释如下：,3. 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角关，所以波长改变和散射角有关。度,三.康普顿散射实验的意义,（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。,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，,四、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。,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,

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