光的粒子性课件(3课时)

光子的质量：
2
h
h m 2 c
m是相对论质量，光子不能静下来，没有静止质量
光子的动量：
h h p mc 2 c c c
（2）若用0.5m的光照射，光电子的最大初动能 是多大？
2、一激光器发光功率是P，发出的激光在折 射率为n的介质中的波长为，已知光在真空中 的速度为c，普朗克常量为h，求： （1）该激光在真空中波长 （2）一个激光光子的能量大小 （3）该激光器在t时间内发射出几个光子？
3、
（
光在真空中的波长为λ ，速度为c，普朗克常量h，
（4）初，用紫外线照射。若想使锌板上逃 逸出的光电子的最大初动能增大，可采用的方 法是（ ）
A。加大紫外线的照射强度 B。改用红外线 C。改用紫光 D。改用X射线（伦琴射线）
2. 如图所示是两种金属的光电子最大初动能与入 射光频率的关系图线,从图中可以看出: A.金属a的逸出功比金属b的逸出功小
光的粒子性
§17.2 光的粒子性
一、光电效应（实验） 二、光电效应的规律 三、波动理论在解释光电效应时的矛盾
四、光子说 爱因斯坦光电效应方程
五、康普顿效应
光电效应实验
-
一、光电效应：
e
在光的照射下物 体发射电子的现象
光电子： 在光的照射下物体发 射出来的电子
照射的光可以是可见光，也可以是不可见光．
金属 钠 2.28 铝 4.08 锌 4.31 铜 4.70 银 铂
W / eV
4.73 6.35
（1）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使表格内哪 （ 32 ）为什么各种金属的极限频率不同 ?? （ ）表中哪种金属最易发生光电效应 些金属发生光电效应?
3、爱因斯坦方程对光电效应的解释 光电效应规律
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。
不管光的频率如何，只要光足 够强，电子都可获得足够能量 从而逸出表面。
入射光照到金属上时，光电子 若光很弱，按经典电磁理论估算， 的发射几乎是瞬时的（ t﹤10-9 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。 秒）
Ek h W0
光子理论的解释
光强越大，光子数目越多，即单 位时间内产生光电子数目越多， 光电流越大. （ 0 ）
入射光越强，单位时间内 发射的光电子数越多。
光电子的最大初动能与入射 最大初动能 （由频率决定） 光的强度无关，只随入射光 Ek h W0 频率的增大而增大
hc 7 5.18 10 m 518 nm E
例2、氢氖激光器发射出波长为663nm 的单 色激光，则一个激光光子的能量是多少？
若激光器的功率是18mW，则每秒发射多少 个光子？
3、入射光照射到某金属表面上，发生光电效 应，若入射光的强度减弱，而频率保持不 变，那么( ) A．从光照至金属表面上到发射出光电子之 间的时间间隔将将显增加 B．逸出光电子的最大初动能将减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目 将减少 D．有可能不发生光电效应
（截止频率） 任何一种金属，都有一个极限 产生光电效应条件 频率，入射光频率必须大于这 0 W h 个极限频率才能产生光电效
入射光照到金属上时，光电子 一个光子携带的能量 h 一次性 的发射几乎是瞬时的（ t﹤10-9 被一个电子吸收，若 0 ， 秒） 电子立即逸出，无需时间积累。
问2：“光的强度由光子数的多少决定”你怎样理解 这话的含意？
答：这是对频率已经确定的单色光而言的。因为对 于频率已经确定为ν的单色光，每个光子的能量为 E＝hν，如果每秒照射到垂直于光传播方向的单位 面积上的光子数为N，则光的强度I＝N hν。式中 ν 与 h 都已确定，则 I 仅由 N决定。如果不是单 色光，频率就不只一个，情况就复杂一些，光强需 由光子数和频率共同决定。
B.同一色光照射下,金属a逸出的 光电子的最大初动能比金属b逸出 的光电子的最大初动能大 C.要获得相等的最大初速度的光 电子,照射金属a的光的频率比照 射金属b的光的频率大.
D.无论换用什么金属做实验,图线 0 的斜率不变
Ek
a b

ABD
3、（1）已知金属铯的极限波长为0.663m，则 相应的极限频率是多少？逸出功是多少？
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 针几乎都是入射光照射时就立即偏转。
更精确的研究推知，光电子发射所经过 －9 的时间不超过10 秒。
二、光电效应规律
–（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入 射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电 效应 –*（2）光电子的最大初动能与入射光的强度 无关，只随入射光频率的增大而增大 –（3）入射光照到金属上时，光电子的发射 几乎是瞬时的（ t﹤10-9秒） –*（4）当入射光频率大于极限频率时，光电 流的强度与入射光强度成正比
4、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。 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。
× × ×
第二课时
四、光子说
1、光子说： 在空间传播的光是不连续的，而是一份 一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量E 跟光的频率γ成正比
E=hγ 能量守恒 光电效应方程
Ek h W0
2、 光电效应方程
光电效应方程
光的频率
Ek h W0
几种金属的逸出功
逸出功与 材料有关
对同一种金属，W一定， Ek 随 而变，与光强无关
证明：
0.541
0.637 0.714 0.809 0.878
γ/1014HZ 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501
h EK W0
EK eUC
W0 h UC e e
u/v 1.0 0.8

· · · 0.6 · · 0.4
0.2
v/1014Hz
6 6.5
K
黄光（弱） u
二、光电效应的基本规律
阴极 K V R A
规律一： ①光电效应存在饱和电流 阳极 ②入射光越强，饱和电流越大； 即单位时间内发射的光电子 数越多。 G
规律二：光电效应存在遏止电压 Uc，当反向电压大于等于Uc时光 电流减小到零。
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UC-γ图象。
u/v 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
横轴截距： 纵轴截距： 斜率：
c
W0 e
h
2
· · · 0.6 · · 0.4
0.8
u/v 1.0
e
2.5
3 3.5
vc
4.0 4.5 5
0.2 5.5 6
v/1014Hz 6.5 7
0
0.5
1
1.5
W0 h UC e e
第三课时
1、（1）如图，一静电计与锌板相连，用一紫外线 灯照射，指针张开一个角度。此时静电计带 电。
用一个带负电的金属小球与锌板接触，则静电 计指针张角将如何变化？ （2）使静电计事先带上负电荷，再用紫外线照 射，则指针张角如何变化？ （3）使静电计指针归零， 再用相同强度的钠灯发出的 黄光照射锌板，指针没有张开， 那么再用强度更大的红光照射 锌板，指针是否张开？
求普朗克常数h
h 6.3010
W0/e
34
JS
这种金属的截止频率γC 14 C 4.2710 Hz
关键词辨析
• • • • 光子的能量 光的强度 光电子的最大初动能 光电流的强度
搞清两个概念
问1：“光电子的最大初动能大，光电子就跑得快； 光电子跑得快，光电流就强”。这话对不对？ 答：不对。“快”与“不快”不等同光电流强与不 强。一个光电子跑得再快，后面的不跟上，光电流还 是不强。电流的强弱，取决于单位时间里通过导体截 面的电量多少，即取决于通过同一截面的平均两个电 荷间的时间间隔，光电流就大，否则就小。这与单个 电子跑得快不快的概念是不同的。
一、光电效应
光电效应
1 定义：在光的照射下，物体表面发出电子的现象
叫做光电效应。发射出来的电子叫光电子。
2 光电效应规律
二、光子说
1 内容：在空间中传播的光也不是连续的，而是一份
一份的，每一份叫做一个光子．
2 光子能量（与频率成正比） 3 爱因斯坦光电效应方程：
E h
Ek h W
W：逸出功(电子逃离原子所需能量） Ek：光电子的动能
问题：1、是否光照射到一切物体上都会发生光电效应？
光电效应有何规律？ 2、光照射到物体上为何会发生光电效应？ 什么条件下才能发生光电效应现象？
单色光 阳极 A 阴极
I
黄光（强） 蓝光
G
I
V R
研究光电效应的规律
光电流： 光电子定向移动形成的电流。 饱和光电流： 光电子全部定向移动形成的电流。
-uc2 uc1 o 光电流与电压的关系
规律三：
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。
金属 铯 钠 锌 铱 铂 截止频率 0 / 1014 Hz 4.545 5.50 8.065 11.53 19.29
规律四：光电效应具有瞬时性。
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。