《光的粒子性》.ppt
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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；
•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。
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。
由图象求参数的方法： 电源电动势和内阻 （直接求参数） 用单摆测重力加速度 （用图象求平均值）
练习：
在光电效应实验中，某金属的截止频
率相应的波长为λ0，该金属的逸出功
为
，若用波长为λ（ λ ＜λ0）
的单色光做该实验，则其遏止电压
为
。已知电子的电荷量、真
空中的光速和普朗克常量分别为e,c
和h。
第2课时 康普顿效应
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。
3.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；
1.存在着饱和电流
△实验表明：在光条件不变的 情况下，随着所加电压的增大， 光电流趋于一个饱合值。
△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
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
光电流和电压 的关系：
4.光电效应具有瞬时性
△当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。
总结:光电效应实验规律
①.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。
②.截止频率c ----极限频率
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。
2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
17.2光的粒子性
第1课时 光电效应 光子
物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现 一充负电的金属板被紫外光照射会放电。 近10年以后，因为1897年，J.Thomson才 发现电子 ，此时，人们认识到那就是从金
属表面射出的电子，后来，这些电子被称 作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做 光电效应。人们本着对光的完美理论（光 的波动性、电磁理论）进行解释会出现什 么结果？
时率，。才有光电子逸出，vc
W0 h
就是光电效应的截止频
• 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累时间，光 电流自然几乎是瞬时产生的。
• 对于同种颜色（频率v相同）的光，光较强时，包含的 光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和 电流较大。
例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量 很难测Ek ，怎样改 成Uc与v、W0关系？ 提示：Ek = eUc
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。
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
1 2
mv ec
2
eUc
把电源正负极反接
二.光电效应的实验规律
光电效应实验
3.存在截止频率
△入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。
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。
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。
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。
一、光电效应现象
课本30 页演示：
结论：紫 外光能使 锌板中的 电子从表 面逸出
（1）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。
（2）光电子：在光电效应中逸出的电子称为 光电子。
（3）光电流：光电子定向移动形成的电流叫光
电流
二.光电效应的实验规律
1实验装置
二.光电效应的实验规律
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。
的动能 Ek 。由能量守恒可得出： h Ek W0
即：Ek h W0 光电效应方程
Leabharlann Baidu
W 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；
0
Ek
1 2
me
v
2
Uce
为光电子的最大初动能。
爱因斯坦光电效应方程解释光电效应实验规律
• 爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能Ek与
入射光的频率v有关，与光的强弱无关。只有当hv 〉W0
三.爱因斯坦的光电效应方程
1.爱因斯坦的光子说
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光
本身就是一个个不可分割的能量子组成的，频率为 的光的能量子为 =h ，这些能量子后来称为光子。
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
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；
•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。
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。
由图象求参数的方法： 电源电动势和内阻 （直接求参数） 用单摆测重力加速度 （用图象求平均值）
练习：
在光电效应实验中，某金属的截止频
率相应的波长为λ0，该金属的逸出功
为
，若用波长为λ（ λ ＜λ0）
的单色光做该实验，则其遏止电压
为
。已知电子的电荷量、真
空中的光速和普朗克常量分别为e,c
和h。
第2课时 康普顿效应
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。
3.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；
1.存在着饱和电流
△实验表明：在光条件不变的 情况下，随着所加电压的增大， 光电流趋于一个饱合值。
△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
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
光电流和电压 的关系：
4.光电效应具有瞬时性
△当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。
总结:光电效应实验规律
①.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。
②.截止频率c ----极限频率
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。
2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
17.2光的粒子性
第1课时 光电效应 光子
物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现 一充负电的金属板被紫外光照射会放电。 近10年以后，因为1897年，J.Thomson才 发现电子 ，此时，人们认识到那就是从金
属表面射出的电子，后来，这些电子被称 作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做 光电效应。人们本着对光的完美理论（光 的波动性、电磁理论）进行解释会出现什 么结果？
时率，。才有光电子逸出，vc
W0 h
就是光电效应的截止频
• 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累时间，光 电流自然几乎是瞬时产生的。
• 对于同种颜色（频率v相同）的光，光较强时，包含的 光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和 电流较大。
例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量 很难测Ek ，怎样改 成Uc与v、W0关系？ 提示：Ek = eUc
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。
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止电压。
1 2
mv ec
2
eUc
把电源正负极反接
二.光电效应的实验规律
光电效应实验
3.存在截止频率
△入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应。
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。
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。
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。
一、光电效应现象
课本30 页演示：
结论：紫 外光能使 锌板中的 电子从表 面逸出
（1）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。
（2）光电子：在光电效应中逸出的电子称为 光电子。
（3）光电流：光电子定向移动形成的电流叫光
电流
二.光电效应的实验规律
1实验装置
二.光电效应的实验规律
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。
的动能 Ek 。由能量守恒可得出： h Ek W0
即：Ek h W0 光电效应方程
Leabharlann Baidu
W 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；
0
Ek
1 2
me
v
2
Uce
为光电子的最大初动能。
爱因斯坦光电效应方程解释光电效应实验规律
• 爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能Ek与
入射光的频率v有关，与光的强弱无关。只有当hv 〉W0
三.爱因斯坦的光电效应方程
1.爱因斯坦的光子说
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光
本身就是一个个不可分割的能量子组成的，频率为 的光的能量子为 =h ，这些能量子后来称为光子。
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