高中物理 选修3-5 光的粒子性 PPT
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高中物理选修3-5课件 17.2 光的粒子性
课堂合作探究 课前预习导学 KEQIAN YUXI KETANG DAOXUE HEZUO T
3.实验规律之三——光电效应具有瞬时性 当入射光的频率超过截止频率时,无论入射光强度怎么样,立刻就 能产生光电效应。精确测量表明,产生光电流的时间不超过 10-9 s。
预习交流 1
经典电磁理论为什么无法解释光电效应的瞬时性? 答案:光电效应的实验表明,入射光照射到金属上时,光电子的发射 几乎是瞬时的,一般不超过 10-9 s,也就是说,光电子的逸出不需要一个能 量的积累过程。 按照经典电磁理论,一束光照到物体表面上时,它的能量 将分布在大量的原子上,电子从入射光中吸收能量后必须积累到足够 大,才能克服内部原子对它的引力逸出表面,这就必须花较长的时间,不 可能立即逸出。所以经典电磁理论无法解释光电效应的瞬时性。
1 2 m e������������ =eUc。 2
当入射光的频率减小到某一数值 νc 时,即使不加反向电压,也没有 光电流产生,表明没有光电子了,νc 称为截止频率。 实验表明:光电子的能量与入射光的频率有关,而与入射光的强弱 无关,当入射光的频率低于截止频率时,不能发生光电效应。
2 光的粒子性 目标 预习 导航 引导
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3.康普顿效应的意义
课堂合作探究 课前预习导学 KEQIAN YUXI KETANG DAOXUE HEZUO T
(1)证明了爱因斯坦光子假说的正确性。 (2)揭示了光子不仅具有能量,还具有动量,进一步说明了光具有粒 子性。 (3)证实了微观粒子的单个碰撞事件中动量守恒和能量守恒定律仍 然成立。 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 m= 2 ,按照动量的定义,每个光子的动量是 p= 或 p= 。 综上所述,光子具有能量、质量、动量,表现出了粒子所有的特征。
高中物理选修3-5 17.2光的粒子性 课件(共23张PPT)
2.不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够 能量从而逸出表面，不应存在截止频率（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。 ）
3.如果光很弱，电子吸收能量要时间，即需能量的积累过程 。（实验表明：光电效应具有瞬时性）。
【全国百强校】河南省洛阳市第一高 级中学 高中物 理选修3 -5 17.2光的粒子性 课件(共23张PPT)
二 .光电效应解释中的疑难
1逸出功
使电子脱离某种金属所做功的最小值——逸出功
几种金属的逸出功和极限频率
金属
钨
钙
钠
钾
铷
Vc/1014HZ 10.95
7.73
5.53
5.44
5.15
W0/eV
4.54
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④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；
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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: 1.入射光的光强越大，光电子逸出时的能量（初动能）也应 该越大,所以遏止电压应该与光的强弱有关（实验表明：遏 止电压只与入射光的频率有关与光的强弱无关）
第17单元第2课第1课时 光的粒子性
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。 ）
3.如果光很弱，电子吸收能量要时间，即需能量的积累过程 。（实验表明：光电效应具有瞬时性）。
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二 .光电效应解释中的疑难
1逸出功
使电子脱离某种金属所做功的最小值——逸出功
几种金属的逸出功和极限频率
金属
钨
钙
钠
钾
铷
Vc/1014HZ 10.95
7.73
5.53
5.44
5.15
W0/eV
4.54
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④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；
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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: 1.入射光的光强越大，光电子逸出时的能量（初动能）也应 该越大,所以遏止电压应该与光的强弱有关（实验表明：遏 止电压只与入射光的频率有关与光的强弱无关）
第17单元第2课第1课时 光的粒子性
高中物理选修3-5光的粒子性ppt课件
(3)光强越大时，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，所以饱和电流与光强成正比．
4．遏止电压Uc与频率ν、W0的关系 由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0联立得Uc＝heν－We 0.
三、康普顿效应及光子的动量 1．康普顿效应解释光的散射：康普顿效应的基本思想 是，X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动 量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要遵守能量守恒定律 和动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化 值Δλ.理论推算的结果与实验现象符合得很好．
(1)每秒内由K极发射的光电子数目． (2)电子到达A极时的最大动能(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s)．
【解析】 (1)设每秒发射光电子数为n. n＝Ime·t＝0.516.6××1100－－6×19 1＝3.5×1012个． (2)由光电效应方程可知 Ekm＝hν－W0＝hcλ－hλc0＝hc(1λ－λ10) 在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能为Ek，由动 能定理得
【解析】 (1)当入射光频率大于极限频率时才能发生光 电效应，设此时波长为λ0，极限频率为ν0，则由光速c＝λν，可 知当光波波长大于极限波长λ0时，其频率将小于极限频率ν0， 所以大于极限波长的光不能使金属发生光电效应，因此选项A 错误．
(2)由光电效应方程Ek＝hν－W可知，光电子的最大初动 能随入射光频率的增大而增大，但并不与入射光频率成正比， 因此选项B错误．由于光电子的最大初动能与入射光的强度无 关，显然选项C错误．
C．光子能量变大 D．波长变长
解析 光子与电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒．自
由电子碰撞前静止，碰撞后动量增加、能量增加，所以光子的
动量、能量减小，由E＝hν＝h
人教版高中物理选修3-51光的粒子性(共36张PPT)
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
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一、光电效应现象
•光 I
A K
电流计
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①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与
入射光的频率成线性关系，与光强无关。只
有当hν>W0时，才有光电子逸出，
光电效应的截止频率。
c
W 0就是
h
②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要 积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发 生的。
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。
（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。
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爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未 被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动 理论。
17.2《光的粒子性》课件(新人教版选修3-5)
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
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
(1)存在遏止电压U c : 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 me v c eUc 2 则I=0，式中UC为遏止电压
+ + + + + +
U
一
v
一 一 一 一 一
3、效应具有瞬时性
三、光电效应解释中的疑难
四、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 五、康普顿效应 六、光子的动量
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)
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。
赫兹 电磁波实验
高中物理选修3-5课件1：17.2 光的粒子性
中学学科
第十七章 波粒二象性
2 光的粒子性
一、光电效应
1887年赫兹在做电磁波实验时发现了光电效应。 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。
光电效应实验
光线经石英窗照在阴极上时有电 子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。 当 A 加正向电压，电流增加，到 一定值时达到饱和。光线越强， 饱和光电流越大。
而经典理论认为有光线照射，电子就会吸收能量，时间 足够长，就可以产生光电流。有无光电效应和光的照射 时间有关，不应与频率有关。 只要频率高于0 ，既使光强很弱也有光电流；频率低于 0 ，无论光线再强也没有光电流。
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zxx。k 瞬时光电子发射违背经典理论 的规律。
由相对论质速关系 m
m0
1 (v / c)2
有 m0 0
所以，光子的静止质量为零。
光子的能量就是动能。E mc2 h
由狭义相对论能量和动量的关系式 E2 p2c2 m02c4
光子的能量和动量的关系式为： E pc
光子的动量：
P
E c
mc
h
c
h
例：求波长为20 nm 紫外线光子的能量、动量及质量。
三、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、 偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效 应，康普顿效应。
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动
说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的
第十七章 波粒二象性
2 光的粒子性
一、光电效应
1887年赫兹在做电磁波实验时发现了光电效应。 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。
光电效应实验
光线经石英窗照在阴极上时有电 子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。 当 A 加正向电压，电流增加，到 一定值时达到饱和。光线越强， 饱和光电流越大。
而经典理论认为有光线照射，电子就会吸收能量，时间 足够长，就可以产生光电流。有无光电效应和光的照射 时间有关，不应与频率有关。 只要频率高于0 ，既使光强很弱也有光电流；频率低于 0 ，无论光线再强也没有光电流。
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zxx。k 瞬时光电子发射违背经典理论 的规律。
由相对论质速关系 m
m0
1 (v / c)2
有 m0 0
所以，光子的静止质量为零。
光子的能量就是动能。E mc2 h
由狭义相对论能量和动量的关系式 E2 p2c2 m02c4
光子的能量和动量的关系式为： E pc
光子的动量：
P
E c
mc
h
c
h
例：求波长为20 nm 紫外线光子的能量、动量及质量。
三、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、 偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效 应，康普顿效应。
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动
说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的
人教版高中物理选修3-5课件1光的粒子性14张
康精普编顿 优用质光课子PP模T人型教进版行高解中释物，理用选碰修撞3的-5理课论件进17行. 计算，理论结果与实验结果符合的很好。
2光 、的存粒在子遏性制电(共压14（张反P向PT电)(压获）奖课件推荐下载)
精第编十优 七质章课波P粒PT二人象教性版高中物理选修3-5课件17.
2康光普的顿粒用子光性子(共模1型4进张行PP解T)释(获，奖用课碰件撞推的荐理下论载进)行计算，理论结果与实验结果符合的很好。
第十七章 波粒二象性
17.2 光的粒子性
新课导入
光的物理本质，争论很多。 一种是牛顿为代表的微粒学说； 一种是惠更斯为代表的波动说。
新课导入
微粒说： 牛顿认为光是一种粒子流，是发光物体发出的，能 对光的折射、反射、光沿直线传播、色散等现象进 行解释。
波动说： 惠更斯认为光是一种机械波，靠一定的介质传播， 对光的折射、反射等现象也能进行解释。
1精9编21优年质，课爱P因P斯T人坦教由版于高发中现物光理电选效修应3的-5实课验件规17律. 获得了诺贝尔物理学奖。
h
康普顿效应表明了光子具有动量p= 2精光编的优粒质子课性P(P共T1人4教张版PP高T中)(获物奖理课选件修推3-荐5课下件载1)7.
2精光编的优粒质子课性P(P共T1人4教张版PP高T中)(获物奖理课选件修推3-荐5课下件载1)7.
第越十来七 越章多的波物粒理二现象象性支撑着光的电磁波本质。
普精朗编克 优认质为课光PP在T人吸教收版和高辐中射物时理显选示修不3连-5续课性件，17是. 量子化的。
把精这编个 优能质量课子PP叫T光人做教光电版子高，效中频物率应理为选v和的修光3康的-5课能件普量1子7顿为. 效应很好的揭示了光的粒子性的一面
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吴有训
光子的动量
Em2cEh m
h
c2
P m c h •ch h
c2
c
光子的能量： Eh
光子的动量：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。
控制机构
K K1
K2 K4 K3
K5
A
康 普 顿 效 应
(1892-1962)美国物理学家
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 λ0相同的射线外，还有波长 比λ0更大的成分。
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
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。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的 几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于 “混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只 考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
光电效应的实验规律
通过实验得出以下结论：
（1）存在饱和电流
当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强， 饱和电流越大；
(2)存在遏止电压和截止频率
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；
对于任何一种金属，都有一个截止频率，入射光 的频率必须大于这个截止频率，才能发生光电效应， 低于这个频率就不能发生光电效应；
一、定义
波的干涉
两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强， 在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
二、杨氏双缝干涉装置 x D
d
一、定义
波的衍射
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。 光的衍射和光的
干涉一样证明了光具有波动性。
二、衍射装置
重庆市石柱中学校 姚国均
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，再用与丝绸 磨擦过的玻璃棒去靠 近锌板，则验电器的 指针张角会更大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电.
大家有疑ห้องสมุดไป่ตู้的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
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( 1200)测量
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。
(3)具有瞬时性
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.
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
2.光电倍增管
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。
光子的动量
Em2cEh m
h
c2
P m c h •ch h
c2
c
光子的能量： Eh
光子的动量：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。
控制机构
K K1
K2 K4 K3
K5
A
康 普 顿 效 应
(1892-1962)美国物理学家
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 λ0相同的射线外，还有波长 比λ0更大的成分。
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射
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。
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的 几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于 “混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只 考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
光电效应的实验规律
通过实验得出以下结论：
（1）存在饱和电流
当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强， 饱和电流越大；
(2)存在遏止电压和截止频率
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；
对于任何一种金属，都有一个截止频率，入射光 的频率必须大于这个截止频率，才能发生光电效应， 低于这个频率就不能发生光电效应；
一、定义
波的干涉
两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强， 在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
二、杨氏双缝干涉装置 x D
d
一、定义
波的衍射
光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途 径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。 光的衍射和光的
干涉一样证明了光具有波动性。
二、衍射装置
重庆市石柱中学校 姚国均
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，再用与丝绸 磨擦过的玻璃棒去靠 近锌板，则验电器的 指针张角会更大。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电.
大家有疑ห้องสมุดไป่ตู้的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
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( 1200)测量
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。
(3)具有瞬时性
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.
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
2.光电倍增管
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。