《光的粒子性》 ppt课件
合集下载
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．
17.1 17.2 光的粒子性ppt课件
17.1 能量量子化 17.2 光的粒子性
1
热辐射
❖ 1、热辐射 ❖ （1）定义：物体在任何温度下,都会发射电磁波,温度不同,所发射的电磁波的频
率和强度也不同,物理学中把这种现象叫做热辐射 ❖ （2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 ❖ 例如：在室温下,大多数物体辐射不可见的红外线,但当物体被加热到500℃左右
向远处观察打开的窗子 近似黑体
3
辐射规律
❖ 1、每一条曲线都有一个极大值 ❖ 2、随着温度的升高,黑体的辐射强度迅速增大 ❖ 3、并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
一般物体
热辐射特点
辐射电磁波的情况与温 度有关,与材料的种类 及表面状态有关
黑体
辐射电磁波的强度按波 长分布只与黑体的温度 有关
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ′
30
频率为ν的光的能量子：hν （h 为普朗克常量）
16
爱因斯坦的光电效应方程 2.光电效应方程 hν＝Ek+W0
Ek＝hν－W0
3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释
●解释饱和电流 ●解释遏止电压
光强大，光子多 eUc=Ek =hv－W0
●解释截止频率
0= hvc－W0
vc=W0 / h
●解释瞬时性
12
++++++
光电效应的实验规律
A
U
3、遏止电压 ❖U=0时，I≠0，因为电子有初速 ❖加反向电压
一
E
一
❖光电子所受电场力方向与光电子
一
速度方向相反，光电子作减速运动
❖使光电流减小到零的反向电压即遏止电压
一
1
热辐射
❖ 1、热辐射 ❖ （1）定义：物体在任何温度下,都会发射电磁波,温度不同,所发射的电磁波的频
率和强度也不同,物理学中把这种现象叫做热辐射 ❖ （2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 ❖ 例如：在室温下,大多数物体辐射不可见的红外线,但当物体被加热到500℃左右
向远处观察打开的窗子 近似黑体
3
辐射规律
❖ 1、每一条曲线都有一个极大值 ❖ 2、随着温度的升高,黑体的辐射强度迅速增大 ❖ 3、并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
一般物体
热辐射特点
辐射电磁波的情况与温 度有关,与材料的种类 及表面状态有关
黑体
辐射电磁波的强度按波 长分布只与黑体的温度 有关
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ′
30
频率为ν的光的能量子：hν （h 为普朗克常量）
16
爱因斯坦的光电效应方程 2.光电效应方程 hν＝Ek+W0
Ek＝hν－W0
3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释
●解释饱和电流 ●解释遏止电压
光强大，光子多 eUc=Ek =hv－W0
●解释截止频率
0= hvc－W0
vc=W0 / h
●解释瞬时性
12
++++++
光电效应的实验规律
A
U
3、遏止电压 ❖U=0时，I≠0，因为电子有初速 ❖加反向电压
一
E
一
❖光电子所受电场力方向与光电子
一
速度方向相反，光电子作减速运动
❖使光电流减小到零的反向电压即遏止电压
一
光的粒子性 课件
[答案] AD
光电效应规律中的两条线索、两个关系 1.两条线索
2．两个关系 光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
[典例 2] 已知金属铯的逸出功为 1.9 eV，在光电效应实验 中，要使铯表面发出光电子的最大初动能为 1.0 eV，入射光的 波长应为____________ m。
[典例 1] (多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则
下列说法正确的是
()
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能
增加
C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应
D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
[解析] 光电效应的规律表明：入射光的频率决定是否 发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初 动能的大小。当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大 初动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率，增加光的照 射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加。故正确选项 为 A、D。
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其最大初动能。
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__ 的现象。 2．康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长 λ0 相同 的成分外，还有波 长 大于 λ0 的成分。
光电效应规律中的两条线索、两个关系 1.两条线索
2．两个关系 光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。
[典例 2] 已知金属铯的逸出功为 1.9 eV，在光电效应实验 中，要使铯表面发出光电子的最大初动能为 1.0 eV，入射光的 波长应为____________ m。
[典例 1] (多选)一束绿光照射某金属发生了光电效应，则
下列说法正确的是
()
A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加
B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能
增加
C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应
D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加
[解析] 光电效应的规律表明：入射光的频率决定是否 发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初 动能的大小。当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大 初动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率，增加光的照 射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加。故正确选项 为 A、D。
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其最大初动能。
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__ 的现象。 2．康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长 λ0 相同 的成分外，还有波 长 大于 λ0 的成分。
高中物理光的粒子性ppt
第十一章 光的粒子性
19世纪末，物理学理论已发展到“相当完善”的阶段，几乎一 切低速宏观物理现象都可以得到圆满的解释。正当物理学家们 为经典物理学所取得的辉煌成就而踌躇满志之际，人们又发现 了一些新的物理现象，这些现象涉及物质内部的微观过程，如 黑体辐射、光电效应等。
在解释这些新的物理现象时，经典物理遇到了不可克服的困难， 因此迫使人们去探索新的物理概念、理论。正是这些新的概念 和理论，构成了现代物理学的基石。
绝对黑体
能全部吸收所有波长的入射辐射能， 即无反射，吸收率为 1的物体叫黑 体 (black body; ideal radiator) 。
空腔小孔的黑体模型
第一节 热辐射
基尔霍夫定律（Kirchhoff law）
设将温度不同的物体A1、A2、A3及绝对黑体B 放置于一绝热的真 空容器中，达到热平衡后，
★物体在辐射能量的同时，也从外界吸 收辐射能。在某恒定温度下吸收的能量 等于辐射的能量，达到平衡，形成平衡 热辐射。
第一节 热辐射
二、基尔霍夫辐射定律
单色辐出度
在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的、波长在 →+d
内的能量为 dM ，单色辐出度M定义为：
辐射出射度
M
(T
)
M
(,T )
dM
d
在一定温度下，物体在单位时间、单位面积上辐射的各种波长的 辐射能之和称辐射出射度：
第一节 热辐射 维恩公式：
M0(,T ) C1 e5 C2 T
M0 (T )
瑞利-金斯公式：
M0 (,T ) C3 4kT
实验点
瑞利-金斯线 紫外灾难
维恩线
第一节 热辐射
普朗克(Planck)公式:
19世纪末，物理学理论已发展到“相当完善”的阶段，几乎一 切低速宏观物理现象都可以得到圆满的解释。正当物理学家们 为经典物理学所取得的辉煌成就而踌躇满志之际，人们又发现 了一些新的物理现象，这些现象涉及物质内部的微观过程，如 黑体辐射、光电效应等。
在解释这些新的物理现象时，经典物理遇到了不可克服的困难， 因此迫使人们去探索新的物理概念、理论。正是这些新的概念 和理论，构成了现代物理学的基石。
绝对黑体
能全部吸收所有波长的入射辐射能， 即无反射，吸收率为 1的物体叫黑 体 (black body; ideal radiator) 。
空腔小孔的黑体模型
第一节 热辐射
基尔霍夫定律（Kirchhoff law）
设将温度不同的物体A1、A2、A3及绝对黑体B 放置于一绝热的真 空容器中，达到热平衡后，
★物体在辐射能量的同时，也从外界吸 收辐射能。在某恒定温度下吸收的能量 等于辐射的能量，达到平衡，形成平衡 热辐射。
第一节 热辐射
二、基尔霍夫辐射定律
单色辐出度
在单位时间内从物体表面单位面积上辐射的、波长在 →+d
内的能量为 dM ，单色辐出度M定义为：
辐射出射度
M
(T
)
M
(,T )
dM
d
在一定温度下，物体在单位时间、单位面积上辐射的各种波长的 辐射能之和称辐射出射度：
第一节 热辐射 维恩公式：
M0(,T ) C1 e5 C2 T
M0 (T )
瑞利-金斯公式：
M0 (,T ) C3 4kT
实验点
瑞利-金斯线 紫外灾难
维恩线
第一节 热辐射
普朗克(Planck)公式:
光的粒子性 课件
j =0 O 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 波长 （Ao ）
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质
1、存在着饱和电流
2、存在着遏止电压和截止频率
3、效应具有瞬时性
阴极
K
A
V R
单色光 1、存在着饱和电流
阳极
光照不变，增大UAK，G表中电流 达到某一值后不再增大，即达到 G 饱和值。
因为光照条件一定时，K发射的 电子数目一定。
实验表明：
入射光越强，饱和电流越大； 入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。
K
1 2
me vc2
eU c
代入Ek h W0可得
h W0 eUc
五、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。
2、存在着遏止电压和截止频率
(1)存在遏止电压U c : 使光电流减小到零的
反向电压
U
++++++
U=0时，I≠0， 因为电子有初速度
加反向电压，如右图所示： 光电子所受电场力方向与光电子 速度方向相反，光电子作减速运
人教版高中物理选修-课件光的粒子性PPT课件
越大
子数越多，光电流越大
遏止电压只与频率有关， 遏止电压应与入射光的 不
而与强度无关。
强度有关。
符
存在截止频率γc 当入射光 频率低于截止频率，不能
如果光较弱，只要积累足 够长时间，电子获得足够
发生光电效应
能量就会形成光电子
不 符
光电效应具有瞬时性
能量可以随时间积累
不 符
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。
来被称为光子。
我来了
［名师课堂教学］人教版高中物理选 修-课件 光的粒 子性PP T课件 （完整 版PPT)
［名师课堂教学］人教版高中物理选 修-课件 光的粒 子性PP T课件 （完整 版PPT)
四.爱因斯坦的光电效应方程 （2）光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能 量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸 出后电子的初动能Ek，即：
U
I
黄光（ 强） 蓝光
黄光（ 弱）
二.光电效应的实验规律
实验表明： 当入射光的频率减小到某一数值γc时，没 有光电子发出。
实验结论3：存在截止频率，当入射光的 频率低于截止频率时不能发生光电效应。
二.光电效应的实验规律
实验表明： 产生光电流的时间不超过10－9s。 即光电效应发生几乎是瞬时的 实验结论4：光电效应具有瞬时性
二.光电效应的实验规律
I
黄光（强）
Is
黄光（弱）
0
UAK
UAK=0时，Is =0吗？说明了什么？
二.光电效应的实验规律
使光电流减小到零的反 向最小电压叫遏止电压
思遏考止：电存压在的遏大制小电表压明说逸 明出什电么子问的题初？动能大小
光的粒子性 课件
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。
6.光电效应与经典电磁理论的矛盾
(1)矛盾之一:遏止电压由入射光频率决定,与光的强弱无关
按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电
压应与光的强弱有关,而实验表明:遏止电压由入射光的频率决定,与光强无
的逸出功。
2.对方程的四点理解
1
(1)公式中的 Ek =2 mev2,是光电子的最大初动能,对某个光电子而言,其
1
2
离开金属时剩余动能大小可以是 0~ me v2 范围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。
能量为ε=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服
金属表面对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克
探究二爱因斯坦的光电效应方程
用光照射光电管且能产生光电效应,如果给光电管加上反向电压,光电
管中就没有电流了吗?
提示由于光电子具有一定的动能,当所加的电压较小时,光电管
中仍然有电流,当电压大于遏止电压时,电路中无电流。
1.光电效应方程:Ek=hν-W0,其中 Ek 为光电子的最大初动能,W0 为金属
3.康普顿效应
(1)在光的散射中,除了与入射波长 λ0 相同的成分外,还有波长大于 λ0 的
成分。这个现象称为康普顿效应。
(2)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
ℎ
光子的动量 p= ,其中 h 为普朗克常量,λ 为光的波长。
(2)发生光电效应时,电子克服金属原子核的引力逸出时,具有的动能大
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。
6.光电效应与经典电磁理论的矛盾
(1)矛盾之一:遏止电压由入射光频率决定,与光的强弱无关
按照光的经典电磁理论,光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电
压应与光的强弱有关,而实验表明:遏止电压由入射光的频率决定,与光强无
的逸出功。
2.对方程的四点理解
1
(1)公式中的 Ek =2 mev2,是光电子的最大初动能,对某个光电子而言,其
1
2
离开金属时剩余动能大小可以是 0~ me v2 范围内的任何数值。
(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程。
能量为ε=hν的光子被电子所吸收,电子把这些能量的一部分用来克服
金属表面对它的吸引,另一部分就是电子离开金属表面时的动能。如果克
探究二爱因斯坦的光电效应方程
用光照射光电管且能产生光电效应,如果给光电管加上反向电压,光电
管中就没有电流了吗?
提示由于光电子具有一定的动能,当所加的电压较小时,光电管
中仍然有电流,当电压大于遏止电压时,电路中无电流。
1.光电效应方程:Ek=hν-W0,其中 Ek 为光电子的最大初动能,W0 为金属
3.康普顿效应
(1)在光的散射中,除了与入射波长 λ0 相同的成分外,还有波长大于 λ0 的
成分。这个现象称为康普顿效应。
(2)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
ℎ
光子的动量 p= ,其中 h 为普朗克常量,λ 为光的波长。
(2)发生光电效应时,电子克服金属原子核的引力逸出时,具有的动能大
光的粒子性 课件
射后波长变大.同时入射光子与电子相撞时,将本身的一部
分能量传递给电子,故能量减小,根据ε=hν可得ν减小,再 由c=λν,得 由 于c ,ν减小,故λ变大,故光子的波长变
大.
1.饱和光电流与光强关系
在光的颜色不变的情况下,入射光越强,包含的光子数越多,
照射金属时产生的光电子数越多,因而饱和光电流越大.所
(1)由ε=hν求出光的频率ν; (2)由 求c 出光的波长;
(3)结合ν或λ查表确定颜色.
【规范解答】根据公式ε=hν和
3.4 1019 h 6.631034 Hz
5.131014 Hz,
得c：
c
3.0 108 5.13 1014
m
5.85107 m,
经查表5.13×1014 Hz的频率属于黄光的频率范围，它是黄
光.
答案:5.13×1014 Hz 5.85×10-7 m 黄光
1．光子说是由哪位科学家提出的？光子说怎样解释了光电 效应规律？ 提示:(1)爱因斯坦提出了光子说. (2)光子说对光电效应的解释： ①由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能 一份一份地吸收光子的能量.而且这个传递能量的过程只能 是一个光子对一个电子的行为.如果光的频率低于极限频率， 则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能 发生光电效应.
解答本题时可按以下思路分析： 先由爱因斯坦光电效应方程计算出逸出功，再由遏止电压 与光电子最大初动能的关系及光电效应方程，可求出遏止 电压.
【规范解答】由
c，
W
h0
又h ecU，=Ek，且Ek=hν-W，
0
所以 U
光的粒子性课件
③光电效应具有 瞬时性 ．光电效应几乎是瞬时的，无 论入射光怎么微弱，时间都不超过 10－9 s.
(4)逸出功 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，用 W0 表示，不同金属的逸出功 不同 ．
2．思考判断 (1)任 何频率的光照射 到金属表面都可 以发生光电效 应．(×) (2) 金 属 表 面 是 否 发 生 光 电 效 应 与 入 射 光 的 强 弱 有 关．(×) (3)入射光照射到金属表面上时，光电子几乎是瞬时发射 的．(√)
光的粒子性
光电效应
1.基本知识 (1)定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子 从表面逸出 的现象． (2)光电子 光电效应中发射出来的 电子 ．
(3)光电效应的实验规律 ①存在着 饱和 电流．入射光强度一定，单位时间内阴极 K 发射的光电子数 一定 ．入射光越强，饱和电流 越大．表 明入射光越强，单位时间内发射的光电子数 越多 ．即入射 光越强，单位时间内发射的光电子数 越多 ． ②存在着 遏止 电压和截止频率．遏止电压的存在意味 着光电子具有一定的 初速度 ．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，即光电子的 能量只与入射光的 频率 有关．当入射光的频率 低于 截止 频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生．
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．
光的粒子性课件
j =0O 散射中出现 ≠0 的现象，
称为康普顿散射。
j =45O j =90O
康普顿散射曲线的特点：
a.除原波长0外出现了移向 长波方向的新的散射波长 。
b.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 波长 （Ao ）
一.康普顿效应
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
> 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。
(3)具有瞬时性
阴极
A
K
阳极
G
V
实验结果：即使入射光的强度 非常微弱，只要入射光频率大 于被照金属的极限频率，电流 表指针也几乎是随着入射光照 射就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9 秒 （这个现象一般称作“光电子 的瞬时发射”）。
0
c (1cos j )
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长
只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应才显
著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可 见光观察不到康普顿散射。
二.康普顿效应解释中的疑难
1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 ①根据经典电磁波理论，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，所以它所发射的散射光频 率应等于入射光频率。
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。
三.爱因斯坦的光量子假设
1.光子： 光本身就是由一个个不可分 割的能量子组成的，频率为ν 的光的能量子为hν。这些能
光的粒子性PPT课件
“Subtle is the Lord, but malicious He is not”
主是誨澀的，但是牠並無惡意。
-
- Einstein 32
博闻苦思，好学进取
年
轻
时
的
爱
因
“如果我以
斯 坦
速度c追随一条
光线运动，我应
当看到什么现象
呢？”
-
33
m2cEKm0c2
E K 运动时的能量 m0c 2静止时的能量
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.
- 入射光频率成线性关系39
实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：
1. 光电流与入射光光强的关系
实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。
结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和入射光 光强成正比 .
当反向电压加至U 0 时光电流为零，称 U 0 为遏止电压。 2 . 光电子初动能和入射光频率的关系
遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：
12mm2 eU0
-
38
与入射光强无关.
MB(T)T4
5 .6 1 7 8 W 0 m 2 K 4 斯特藩常数
黑体的单色辐出度与温度的四次方成正比
维恩（Wien)位移定律
mTb
b2 .8 9 1 3 0 m K 维恩常数
当绝对黑体的温度升高时，单色辐出度最大值向短波
方向移动。
-
11
利用红外线检测人体的健康状态，本图片是
17.2-光的粒子性-课件
人教版选修3-5
第十七章 波粒二象性
第二节 光的粒子性
第1页，共40页。
问题：回顾前面的学习，总结人类对光 的本性的认识的发展过程？
第2页，共40页。
一、光电效应的实验规律
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。。
光本身就是由一个个不可分割 的能量子组成的，频率为ν的 光的能量子为hν。这些能量子
后来被称为光子。
E h
爱因斯坦的光子说
第13页，共40页。
1、光子：
2、爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用 来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子 的初动能Ek，即：
h Ek W0
.... ............................................ ............................
j =0O 散射中出现 ≠0 的现象，称
为康普顿散射。
j =45O j =90O
康普顿散射曲线的特点：
a. 除原波长0外出现了移向长波 方向的新的散射波长 。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
第3页，共40页。
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。
光电子定向移动形成的电流叫光电流
第4页，共40页。
2、光电效应实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中电流达到 某一值后不再增大，即达到饱和值。
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。
第十七章 波粒二象性
第二节 光的粒子性
第1页，共40页。
问题：回顾前面的学习，总结人类对光 的本性的认识的发展过程？
第2页，共40页。
一、光电效应的实验规律
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。。
光本身就是由一个个不可分割 的能量子组成的，频率为ν的 光的能量子为hν。这些能量子
后来被称为光子。
E h
爱因斯坦的光子说
第13页，共40页。
1、光子：
2、爱因斯坦的光电效应方程
一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用 来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子 的初动能Ek，即：
h Ek W0
.... ............................................ ............................
j =0O 散射中出现 ≠0 的现象，称
为康普顿散射。
j =45O j =90O
康普顿散射曲线的特点：
a. 除原波长0外出现了移向长波 方向的新的散射波长 。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
第3页，共40页。
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。
光电子定向移动形成的电流叫光电流
第4页，共40页。
2、光电效应实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中电流达到 某一值后不再增大，即达到饱和值。
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、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第十七章 波粒二象性
第二节 科学的转折：光的粒子性
光是什么？
观点一：托马斯. 杨-------光的干涉
菲涅尔--------光的衍射
波
马吕斯----光的偏振
观点二：赫兹光电效应
粒子
人类对光的本性的认识的发展过程：
菲涅耳
惠更斯 波动说
托马 斯·杨 双缝干涉
实验
衍射实验
赫兹 电磁波实验
麦克斯韦
电磁说
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
四.光电效应在近代技术中的应用
利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性,可 以制造光电转换器——实现光信号与电信号之间的相 互转换。这些光电转换器如光电管(photoelement)等， 广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和 自动控制等诸多方面。
波 动 性
1690 1672
1801 1814
1864 1888 1905
……….
T/年
牛顿
赫兹
爱因斯坦
粒 子
微粒说
发现光电效应 光子说
性
牛顿微粒说 占主导地位
波动说 渐成真理
一、光电效应现象：
1.金属在光（包括 不可见光）的照射 下，从表面逸出电 子的现象叫光电效应
2.发射出来的电子叫 光电子 3.光电子定向移动形成的电流叫光电流
2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
六、光子的能量和动量
Em2cEh h
m c2
Pmch c2 •chc h
Eh
P h
动量能量是描述粒子的,
频率和波长则是用来描述波的
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 结果，具体解释如下：
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。
实验装置
阴极
K
A
V R
单色光 阳极 G
1、存在着饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中 电流达到某一值后不再增大， 即达到饱和值。
因为光照条件一定时，K单位 时间发射的电子数目一定。
△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。
2、存在着遏止电压和截止频率
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。
四.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
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
个次阴极，可将光电流放大几百万倍。即一束微弱的入射光， 将转变成放大了的光电流，可以通过电流计显示出来。
按照光的电磁理论，应得出以下结论： ①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止 电压UC应与光的强弱有关 ； ②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可 获得足够能量从表面逸出，不应存在截止频率 ； ③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，这个时间远远大于10-9 S。
五、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。
（2）、存在着截止频率
实验：1.不同单色光
2.不同金属
任何一种金属，都有一个截 止频率，入射光的频率必须 大于这个截止频率才能产生 光电效应，低于这个频率的
光，无论光强怎样大，也不 能产生光电效应。
不同金属的截止频率不同。
△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。
2.光电效应方程
①逸出功：金属表面上的电子逸出 时要克服金属原子核的引力所做功 的最小值。
不同金属,其逸出功不同。
有：W0= hν0
②光电效应方程：Ek＝hν－W0
3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释
Ek＝hν－W0
●解释截止频率 ●解释饱和光电流 ●解释瞬时性
EK
ν
0
ν0
－W0
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
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。
4.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。
3. 光电效应具有瞬时性
△当入射光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。
单色光
KA G
V R
二、光电效应的实验规律
1、存在着饱和电流 2、存在着遏止电压和截止频率 3、效应具有瞬时性
三.光电效应解释中的疑难:
(1)存在遏止电压Uc :使光电流减小到零的反向电压
U=0时，I≠0，因为电子有初速度 加反向电压，如右图所示：
光电子所受电场力方向与光电子
速度方向相反，光电子作减速运
动。若
1 2
mevc2
eUc
++++++
U
一
一
v
一
－
一
一
一
速率最大的是 vc
则I=0，式中UC为遏止电压 最大初动能
△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。
3、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 Nhomakorabea0
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！
经典电磁理论在解释康普顿效应时 遇到的困难
1. 根据经典电磁波理论，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，所以它所发射的散 射光频率应等于入射光频率。
第二节 科学的转折：光的粒子性
光是什么？
观点一：托马斯. 杨-------光的干涉
菲涅尔--------光的衍射
波
马吕斯----光的偏振
观点二：赫兹光电效应
粒子
人类对光的本性的认识的发展过程：
菲涅耳
惠更斯 波动说
托马 斯·杨 双缝干涉
实验
衍射实验
赫兹 电磁波实验
麦克斯韦
电磁说
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
四.光电效应在近代技术中的应用
利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性,可 以制造光电转换器——实现光信号与电信号之间的相 互转换。这些光电转换器如光电管(photoelement)等， 广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和 自动控制等诸多方面。
波 动 性
1690 1672
1801 1814
1864 1888 1905
……….
T/年
牛顿
赫兹
爱因斯坦
粒 子
微粒说
发现光电效应 光子说
性
牛顿微粒说 占主导地位
波动说 渐成真理
一、光电效应现象：
1.金属在光（包括 不可见光）的照射 下，从表面逸出电 子的现象叫光电效应
2.发射出来的电子叫 光电子 3.光电子定向移动形成的电流叫光电流
2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
六、光子的能量和动量
Em2cEh h
m c2
Pmch c2 •chc h
Eh
P h
动量能量是描述粒子的,
频率和波长则是用来描述波的
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 结果，具体解释如下：
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。
实验装置
阴极
K
A
V R
单色光 阳极 G
1、存在着饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中 电流达到某一值后不再增大， 即达到饱和值。
因为光照条件一定时，K单位 时间发射的电子数目一定。
△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。
2、存在着遏止电压和截止频率
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。
四.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
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
个次阴极，可将光电流放大几百万倍。即一束微弱的入射光， 将转变成放大了的光电流，可以通过电流计显示出来。
按照光的电磁理论，应得出以下结论： ①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止 电压UC应与光的强弱有关 ； ②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可 获得足够能量从表面逸出，不应存在截止频率 ； ③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，这个时间远远大于10-9 S。
五、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。
（2）、存在着截止频率
实验：1.不同单色光
2.不同金属
任何一种金属，都有一个截 止频率，入射光的频率必须 大于这个截止频率才能产生 光电效应，低于这个频率的
光，无论光强怎样大，也不 能产生光电效应。
不同金属的截止频率不同。
△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。
2.光电效应方程
①逸出功：金属表面上的电子逸出 时要克服金属原子核的引力所做功 的最小值。
不同金属,其逸出功不同。
有：W0= hν0
②光电效应方程：Ek＝hν－W0
3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释
Ek＝hν－W0
●解释截止频率 ●解释饱和光电流 ●解释瞬时性
EK
ν
0
ν0
－W0
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
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。
4.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。
3. 光电效应具有瞬时性
△当入射光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。
单色光
KA G
V R
二、光电效应的实验规律
1、存在着饱和电流 2、存在着遏止电压和截止频率 3、效应具有瞬时性
三.光电效应解释中的疑难:
(1)存在遏止电压Uc :使光电流减小到零的反向电压
U=0时，I≠0，因为电子有初速度 加反向电压，如右图所示：
光电子所受电场力方向与光电子
速度方向相反，光电子作减速运
动。若
1 2
mevc2
eUc
++++++
U
一
一
v
一
－
一
一
一
速率最大的是 vc
则I=0，式中UC为遏止电压 最大初动能
△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。
3、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 Nhomakorabea0
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！
经典电磁理论在解释康普顿效应时 遇到的困难
1. 根据经典电磁波理论，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，所以它所发射的散 射光频率应等于入射光频率。