光的粒子性课件 (1)

• 光电管
•光
A
K
I
电流计
电源
第2课时 普顿效应康
一.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。
2.一束黄光照射某金属表面时，不能产 生光电效应，则下列措施中可能使该金 属产生光电效应的是( D ) A.延长光照时间 B.增大光束的强度 C.换用红光照射 D.换用紫光照射
3.关于光子说的基本内容有以下几点，不正确 的是( B )
A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份 的，每一份叫一个光子
各种波长的散射光强度，作 了大量 X 射线散射实验。 对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
吴有训 （1897-1977）
四.光子的动量
E mc E h
2
h m 2 c
h h h P mc 2 c c c
E h
P
h

动量能量是描述粒子的,
二.光电效应解释中的疑难
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。 光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 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 ① 光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电 脱出来，必须克服这个引力做功。 压 UC应与光的强弱有关。 实验表明 :对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强 ② 不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获 弱如何,遏止电压是一样的. 得足够能量从而逸出表面，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， -9 这个时间远远大于10 S。
一.光电效应的实验规律 2.光电效应实验规律
（1）存在饱和电流
阴极
A
阳极
K
G
实验表明：
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。
V
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
阴极
A
阳极
K
光电效应伏安特性曲线
饱 和 电 流 遏 止 电 压
I
黄光（ 强） 蓝光 黄光（ 弱）
O
G
代入Ek h W0可得
h W0 eUc
四.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
K
K2
K1
K4
K3
K5
控制机构
2.光电倍增管
A
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。
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 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
思考与讨论
课本P36
因为 ：E
K
1 2 me vc eU c 2
康 普 顿 效 应
康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖
(1892-1962)美国物理学家
三.康普顿散射实验的意义
4.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. 1925—1926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， 在同一散射角( j 1200 )测量
17.2光的粒子性
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。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
一.光电效应的实验规律
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
课本P39
2、在光电效应实验中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果？ （2）如果入射光频率增加，将产生什么结果？
（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加， 发射的光电子数增多； 当入射光频率低于 截止频率时，无论光强怎么增加，都不会有光 电子发射出来。 （2）入射光的频率增加，发射的光电子最大初 动能增加。
频率和波长则是用来描述波的
小结
光的粒子性
一、光电效应的基本规律 1.光电效应现象 2.光电效应实验规律
①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，才能发生光电效应，低 于这个频率就不能发生光电效应； ② 当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与 入射光的强度成正比； ③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； ④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10-9秒.
A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大 而增大 B.只要入射光的强度足够强，照射时间足够长， 就一定能产生光电效应 C.在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光 的频率无关 D.任何一种金属都有一个极限频率，低于这个 频率的光不能发生光电效应
练习
课本P39
1、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？想 想看，这种光是否一定最亮？为什么？ 在可见光范围内，紫光的光子能量最大，因为其 频率最高。 紫光不是最亮的。 因为光的亮度由两个因素决定， 一为光强， 二为人眼的视觉灵敏度。 在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位 的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。
0
0.700 0.750
j =45O
j =90O
j =135O
波长 λ（A）
o
0
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X射线的波长0 无关，
0 c (1 cos j )
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
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：
或
1 2 Ek me vc ——光电子最大初动能 2 W0 ——金属的逸出功
h Ek W0 Ek h W0
三.爱因斯坦的光量子假设
一.康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管
晶体
散射波长
光阑
0
j
探 测 器 X 射线谱仪
石墨体 (散射物质)
一.康普顿效应
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！
一.康普顿效应
j =0O
散射中出现 ≠0 的现象， 称为康普顿散射。
二.康普顿效应解释中的疑难
2.光子理论对康普顿效应的解释 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。 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。 ③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关， 所以波长改变和散射角有关。
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ห้องสมุดไป่ตู้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。 ②无法解释波长改变和散射角关系。
G
V
光电子的最大初动能只与入 射光的频率有关，与入射光 的强弱无关。
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
阴极
A
阳极
K
b.对于每种金属，都相 应确定的截止频率c 。
G
•当入射光频率 > c 时， 电子才能逸出金属表面；
V
一.光电效应的实验规律
(3)具有瞬时性
阴极
A
阳极
K
只要入射光频率大于被照金属 的极限频率，电流表指针就立 即偏转。 光电子发射所经过的时间不超 －9 过10 秒
二、光电效应解释中的疑难 三、爱因斯坦的光电效应方程 （1）光子： （2）爱因斯坦的光电效应方程 （3）光子说对光电效应的解释
练习 1.在演示光电效应的实验中，原来不带 电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧 光灯照射锌板时，验电器的指针就张开 一个角度，如图所示， 这时( B ) A.锌板带正电，指针带负电 B.锌板带正电，指针带正电 C.锌板带负电，指针带正电 D.锌板带负电，指针带负电
V
Is
Ub Ua
U
阴极
阴极
A
阳极
K
A
阳极
K
G
V
G
V
饱和电流
遏止电压
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
阴极
a.存在遏止电压UC
A
阳极
K
1 2 me vc eU c 2
实验表明:对于一定颜色(频率) 的光, 无论光的强弱如何,遏止 电压是一样的. 光的频率 改变 是，遏止电压也会改变。