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人教版高中物理选修3-5课件：17-2光的粒子性 (共70张PPT)

光电子多
，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比．
三、康普顿效应和光子的动量 1．光的散射光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向
发生改变的现象．
2．康普顿效应在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长更长的成分．
3．康普顿效应的意义康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面． 4．光子的动量根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程 E＝mc2 和光子说 ε＝hν，每个光子的质量是 hν 光子的动量是 p＝ c 或
3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积．
4．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关． 5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．
要点导学
要点一正确理解光电效应中的五组概念
1.光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．
2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．

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意了道暗光
伟大的科学家爱因斯坦
Emc2
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35
爱因斯坦在总结回忆时说：“它象在爬山一样，越是往上爬，越是得到宽广的视野，并且越能显示出我们的出发点与其周围广大地域之间的出乎意外的联系。”
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36
1955年 4月18日，由于大动脉破裂，爱因斯坦去世。
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U
遏止电压与
o
入射光频率
0
的实验曲线
U0
Uo 和金属材料有关的恒量
结论：光电子最大初动能和入射光频率成正比，与入
射光光强无关。
3、存在截止频率（红限）
对于给定的金属，当照射光频率
小于某一数值（称为
0
红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效应。
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40
4 . 光电效应瞬时响应性质
实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光电子出现只需要109 s的时间。结论：光电效应的产生几乎无需时间的累积
这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。
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22
e0(,T)
实验值
普朗克
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ(μm)
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23
1918诺贝尔物理学奖
克普像朗
M.V.普朗克
研究辐射的量子理论，发现基本量子，提出能量量子化的假设
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24
13-2 光电效应爱因斯坦的光子理论
E k m e a c U e x K U 0 流(2.)遏0止叫电截势止差频U率c —(也—称使红光限电).
(3)瞬时性: 只要频率大流为零时的反向电压.
于截止频率,光电效应产遏止电势差(eUc = Ekmax)与生的时间不超过10-9s. 精选PPT入课件射光频率成线性关系39

光的粒子性新人教选修PPT课件

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。
2019/11/25
10
三.爱因斯坦的光电效应方程
1.光子说(爱因斯坦于1905年提出)
在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。即:E＝ hν ，ν 表示光的频率，h 叫普朗克常量，h＝6.63×10-34焦耳．秒
24
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质
种类及入射的X射线的波长0 无关，
●存在着饱和电流
△实验表明：入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多；
△入射光越强，饱和光电流越大。
2019/11/25
7
●存在着遏止电压和截止频率
△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。入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。
波动说渐成真理
波动性 T/年粒子性
2

3
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。
光电子定向移动形成的电流叫光电流
2019/11/25
4
一.光电效应的实验规律
实验装置
2019/11/25
5
观察
2019/11/25
6
实验发现以下规律：
2019/11/25
18
2019/11/25
19
光电倍增管(photomultiplier)是把光信号变为电信号的常用器件。
当光照射到阴极 k 使它发射光电子，这光电子在电压作用下加速轰击第一阴极k1，使之又发射次级光电子，这些次级光电子再被加速轰击第二阴极k2 ,...... 如此继续下去，利用10～15

高中物理《光的粒子性》微课公开课精品PPT课件

光的粒子性
远横近看高成低岭各侧不成同峰
光电管
阴极阳极
黄光(强) 黄光(弱)
蓝光
-0.8
-0.6
-0.4
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
0
-0.2
黄光（强） I1/μA 黄光（弱）蓝光
0.2
0.4
光电流与电压的关系
为什么光越强，饱和电流越大？
为什么光的频率小于截止频率时，光再强都不会有电子逸出呢？
光电子的最大初动能为什么跟光强(能量)无关呢？
光很弱时，光电效应发生时间怎么也不超过10-9s啊？
普朗克
爱Hale Waihona Puke 斯坦为什么光越强，饱和电流越大？
为什么光的频率小于截止频率时，光再强都不会有电子逸出呢？
光电子的最大初动能为什么跟光强(能量)无关呢？
光很弱时，光电效应发生时间怎么也不超过10-9s啊？

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一.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪
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！
.... .. .............................................................................
1. 根据经典电磁波理论，当电磁波通ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。
2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
j =0O j =45O
散射中出现 ≠0 的现象，称
为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：
1.除原波长0外出现了移向长波方向的新的散射波长。
j =90O
2.新波长随散射角的增大
而增大。波长的偏移为
0 j =135O
0
λ 0.700
0.750
o
波长（A）
经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
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
经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。
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。
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,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
控制机构
K K1
K2 K4 K3
K5
A
应用
• 光电管 •光 I
A K
电流计
电源
第2课时康普顿效应
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。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
定义：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电
子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子
一、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。
2.光电效应的实验规律
1. 光电效应实验
阳
极
光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
遏止电压
阳A
极
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
V
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②.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；
阳A 极
W 石英窗
K阴极
G V
•当入射光频率 < c时，无论光强多大也无电子逸出金
属表面。
③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。
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
4.光电效应在近代技术中的应用
1.光控继电器可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。
放大器
2.光电倍增管
可对微弱光线进行放大，可使光电流放大 105~108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。
1 2
mv2 ec
eUc
K阴
极
G
一、光电效应的实验规律
光电效应实验装置光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
K阴
极
遏
止
电
G
压
I
光强较弱
Uc
O
U
一、光电效应的实验规律
光电效应实验装置光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
I
K阴
极
饱
光强较强
和
遏止
电I s
流
电
光强较弱
G
压
Ua
O
U
2. 光电效应实验规律
①.光电流与光强的关系
e
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。
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。
第二节(2课时) 第1课时光电效应光子
问题1：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？
一、光电效应现象
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。。
子沿光的传播方向以光速 c 运动。
2.爱因斯坦光电效应方程
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A，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：
h Ek W0
W 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；
0 E 1 m v2 为光电子的最大初动能。
2 k