光的粒子性

1、光的粒子性,問題1：回顧前面的學習，總結(jié)人類對光的本性的認識的發(fā)展過程？,用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電 器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。,一、光電效應現(xiàn)象,表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電,,,1、定義：,在光(包括不可見光)的照射下，從金屬中發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應。,發(fā)射出來的電子叫做光電子。,（1）存在飽和電流。,實驗表明：入

2、射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。,二、光電效應的實驗定律：,（2）存在遏止電壓和最大初動能。,實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的. 光的頻率? 改變時，遏止電壓也會改變。,光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強弱無關(guān)。,（3）存在截止頻率：,對于每種金屬，都有相應確定的截止頻率?c 。,當入射光頻率? > ?c 時，電子才能逸出金屬表面；,當入射光頻率? &l

3、t; ?c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。,（4） 具有瞬時性：,實驗結(jié)果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。時間不超過10－9 秒，稱作“光電子的瞬時發(fā)射”。,實驗得出以下結(jié)論：,①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發(fā)生光電效應，低于這個頻率就不能發(fā)生光電效應； ②入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時

4、的，一般不超過10-9秒.③光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；,逸出功W0：,由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。,使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。,①光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。,②光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關(guān)。,√,實驗表

5、明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.,×,×,③不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。,④如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于10-9 S。,×,以上有三個結(jié)論與實驗結(jié)果相矛盾，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應。,三、光電效應解釋中的疑難：,1.光子：愛因斯坦

6、從普朗克的能量子說中得到了啟發(fā)，他提出：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為?的光的能量子為h ? 。這些能量子后來被稱為光子。,愛因斯坦的光子說,2.愛因斯坦的光電效應方程：,一個電子吸收一個光子的能量h ?后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能Ek，即：,四、愛因斯坦的光電效應方程：,W0逸出功 不同的金屬逸出功不同,3.光子說對光電效應的解釋,①愛因斯坦方程表明，光電子的初

7、動能Ek與入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強無關(guān)。只有當h ? >W0時，才有光電子逸出， 就是光電效應的截止頻率。,②電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發(fā)生的。,③光強較大時，單位時間內(nèi)入射的光子數(shù)較多，照射金屬時單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。,4.光電效應理論的驗證：,,愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光

8、的波動理論。,美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確,由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。,密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎,小結(jié),1.光電效應現(xiàn)象,2.光電效應實驗規(guī)律,①極限頻率②光電子的發(fā)射幾乎

9、是瞬時的,一般不超過10-9秒③光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大；④.光電流的強度與入射光的強度成正比,3.光電效應解釋中的疑難,4.愛因斯坦的光電效應方程,①光子②愛因斯坦光電效應方程③光子說對光電效應的解釋,五、康普頓效應：,1、光的散射：,光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射。,1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線

10、波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線。,2、康普頓效應：,康普頓正在測晶體對X 射線的散射,按經(jīng)典電磁理論： 如果入射X光是某 種波長的電磁波， 散射光的波長是 不會改變的！,3. 因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度,有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。,3、光子理論對康普頓效應的解釋：,X射線的光子不僅具有能量，也像其他粒子那樣具有動量， X射線的光子與晶體中的電子碰撞時要遵守能量守恒定律和動量守恒定律，求解這些方程，

11、可以得出散射光波長的變化值，理論和實驗符合得很好。,4、光子的能量和動量：,,動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的。,光子能量：,光子動量：,解釋康普頓效應：當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因而光子動量減小。從 看，動量減小波長變大，因此光子散射后波長變大。,5、康普頓散射實驗的意義：,（1）有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；,（2）首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè)