辽宁省大连经济技术开发区得胜高级中学人教高中物理选修3-5课件：17-2科学的转折：光的粒子性 (共56张)

子动量关系。
难点
实物粒子的波动性的理解。
本节知识线索
用经典的光的电磁理论理解是光电效应实验规律遇到了 疑难
爱因斯坦应用普朗克提出的量子观点提出了光量子说、并成 功的解释了光电效应，证明光具有粒子性
康普顿实验进一步证明了光的粒子性，说明光既有能量还具有动 量
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一.光电效应的实验规律
二.光电效应解释中的疑难 三.爱因斯坦的光电效应方程
二、光电效应解释中 的疑难
经典理论无法解释光电效应的实验结果。 经典理论认为，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。
知识回顾
光电效应的4条基本规律： 1.产生光电效应的条件： 任何一种金属，都存在极限频率ν0，只有当入射光频率ν>ν0 时，才能发生光电效应。 2.光电子的最大初动能： 光电子的最大初动能Ekm与入射光强度无关，只随入射光频率 的增大而增大。
3.光电效应的发生时间： 几乎是瞬时发生的。 4.光电流强度的决定因素： 当入射光频率ν>ν0时，光电流随入射光强度的增大而增大。 当入射光的强度不变，频率增大，光电流不变。
电子逃逸出来后，可能还有一定的动能，根据能量守恒定律， 入射光子的能量等于出射光电子的最大初始动能与逸出功之和， 即： 逸出功W逸：金属表面的电子直接从金属表面飞出时克服原 子核的引力束缚所做的功，叫做这种金属的逸出功。 2
k
1 h mv max w 最大初动能E ：直接从金属表面飞出的光电子具有的动能最大。 2
1 2 me vc eUc 2
（2）光电效应实验规律
I
遏 止 电 压
饱 和 电 流
光强较强
Is
光强较弱
UaO光电效应伏安性曲线U① 光电流与光强的关系 饱和光电流强度与入射光强度成正比。
I
黄光（强） 蓝光
黄光（弱） UC1 UC2
O
光电流与电压的关系
U
② 截止频率νc ----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νc 。 当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面； 当入射光频率ν <νc时，无论光强多大也无电子逸出金属表 面。 光电子频率只与入射光的频率有关 ③ 光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间 <10-9s。
3、情感态度与价值观
通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到 并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠 正与修正。 通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科 学态度。 通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关 物理实验的方法。
教学重难点
重点
实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒
第十七章波粒二象性
第二节 科学的转折： 光的粒子性
教学目标
1、知识与技能
通过实验了解光电效应的实验规律。
知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
了解康普顿效应，了解光子的动量 。
2、过程与方法
了解物理真知形成的历史过程。
了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理 研究的重要性。
知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。
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。 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。
三.爱因斯坦的光电效 应方程
2．光电效应的实验规律
m
A
O
O O
K
O
O O
G
V
B
O
O
研究光电效应的电路图
实验表明：光电子在电场作用下形成光电流。 （1）、遏止电压 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。根据动能定理，有
四.康普顿效应 五.光子的动量
一、光电效应的实验 规律
1、光电效应
把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察验 电器指针的变化，这个现象说明了什么问题？
观察光电效应
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。 上述实验表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。 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。
导入新课
光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明 光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波 本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完 美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。 对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识 得到了发展。
1．爱因斯坦的光量子假设 受到普朗克的启发，爱因斯坦于1905年提出：在空间传播的光 也不是连续的，是以光速C 运动的粒子（称为光子）流，是一份一 份的，每一份叫做一个光子。 一个光子的能量为 E = hν， 式中的h = 6.63×10-34j· s (普朗克常量)。 这个学说后来叫光子假说。
2、光电效应方程 按光子假说，光电效应中发出的光电子，是由入射光子与金属中电 子碰撞后打出来的。 由于离子的束缚，电子只有吸收一定的能量，才能从物体内部逃脱， 成为光电子。即：必须对内部电子做功，电子才能脱离离子的束缚而 逸出表面，这个功称为物体的逸出功，用W表示。
3、对光电效应方程的理解
1 2 mv m h W 2
（1）方程中的Ek时光电子的最大初动能，就某个光电子而言， 其离开金属时动能大小可以是0～Ek范围内的任何值 （2）光电效应方程符合能量守恒定律 （3）光电效应方程包含了产生光电效应的条件
4、爱因斯坦对光电效应的解释
光电效应方程
对极限频率的理解：从光电效应方程中，当初动能为零时，可得 到极限频率：