17.2光的粒子性(2) 课件

《光的粒子性》 ppt课件

第十七章波粒二象性
第二节科学的转折：光的粒子性
光是什么？
观点一：托马斯. 杨-------光的干涉
菲涅尔--------光的衍射
波
马吕斯----光的偏振
观点二：赫兹光电效应
粒子
人类对光的本性的认识的发展过程：
菲涅耳
惠更斯波动说
托马斯·杨双缝干涉
实验
衍射实验
赫兹电磁波实验
麦克斯韦
电磁说
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
四.光电效应在近代技术中的应用
利用光电效应中光电流与入射光强成正比的特性,可以制造光电转换器——实现光信号与电信号之间的相互转换。这些光电转换器如光电管(photoelement)等，广泛应用于光功率测量、光信号记录、电影、电视和自动控制等诸多方面。
波动性
1690 1672
1801 1814
1864 1888 1905
……….
T/年
牛顿
赫兹
爱因斯坦
粒子
微粒说
发现光电效应光子说
性
牛顿微粒说占主导地位
波动说渐成真理
一、光电效应现象：
1.金属在光（包括不可见光）的照射下，从表面逸出电子的现象叫光电效应
2.发射出来的电子叫光电子 3.光电子定向移动形成的电流叫光电流
2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
六、光子的能量和动量
Em2cEh h
m c2
Pmch c2 •chc h
Eh
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
光子理论对康普顿效应的解释

17.1 17.2 光的粒子性ppt课件

17.1 能量量子化 17.2 光的粒子性
1
热辐射
❖ 1、热辐射 ❖ （1）定义：物体在任何温度下,都会发射电磁波,温度不同,所发射的电磁波的频
率和强度也不同,物理学中把这种现象叫做热辐射 ❖ （2）特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同 ❖ 例如：在室温下,大多数物体辐射不可见的红外线,但当物体被加热到500℃左右
向远处观察打开的窗子近似黑体
3
辐射规律
❖ 1、每一条曲线都有一个极大值 ❖ 2、随着温度的升高,黑体的辐射强度迅速增大 ❖ 3、并且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
一般物体
热辐射特点
辐射电磁波的情况与温度有关,与材料的种类及表面状态有关
黑体
辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ′
30
频率为ν的光的能量子：hν （h 为普朗克常量）
16
爱因斯坦的光电效应方程 2.光电效应方程 hν＝Ek+W0
Ek＝hν－W0
3.爱因斯坦光电效应方程对实验结论的解释
●解释饱和电流 ●解释遏止电压
光强大，光子多 eUc=Ek =hv－W0
●解释截止频率
0= hvc－W0
vc=W0 / h
●解释瞬时性
12
++++++
光电效应的实验规律
A
U
3、遏止电压 ❖U=0时，I≠0，因为电子有初速 ❖加反向电压
一
E
一
❖光电子所受电场力方向与光电子
一
速度方向相反，光电子作减速运动
❖使光电流减小到零的反向电压即遏止电压
一

《光的粒子性》课件2

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
3.光子说对光电效应的解释
象就叫光电效应。
1、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。
2.光电效应实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。
二.光电效应解释中的疑难
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, ②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获无论光的强弱如何,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。
a.除原波长0外出现了移向长波方向的新的散射波长。 b.新波长.. . ..... . . ... ... . . . . . ... .... ... .... .... . . . ... . .... . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .

高中物理课件第十七章波粒二象性第二节光的粒子性 2

U=0时，I≠0，因为电子有初速度
A
K
思考2：如何使电路中没有电流？
加反向电压
思考3：反向电压至少应该多大？（假设电子从金属板上出
来的最大速度为vc）
1 2
mevc2
eUc
最大速度
阳极 V
阴极
G
二、光电效应实验规律
(2)存在遏止电压UC：使光电流减小到零的(最小)反向电压
1 2
mevc2
eUc
A
A
阳极
V
更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 秒.
K
阴极
A
二、光电效应实验规律
(4)存在截止频率c （极限频率）
思考：是否是任意光照到锌板上，锌板都能发射出电子呢？
结论：
A)当入射光频率 > c 时，电子才能逸出金属表面； B)当入射光频率 < c时，无论光强多大也无电
子逸出金属表面。
在光电效应现象中逸出的电子。
注意光子与光电子的对比
一、光电效应现象
1、定义：
A
当光线照射在金属表面时，
阳极
金属中有电子逸出的现象。
2、光电子：
V
在光电效应现象中逸出的电子。
3、光电流：
光电子定向移动形成的电流。
K
阴极
G
二、光电效应实验规律
（1）存在饱和电流
A
思考：保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压，分析光电流会怎样变化？
最大速度
思考：遏止电压UC与哪些因素有关？阳极
与入射光的频率有关。
V
K
阴极
G
二、光电效应实验规律
1、存在饱和电流

光的粒子性 ppt课件

红､橙､黄､绿四种单色光中,能量最小的是( ) A
A.红光
B.橙光
C.黄光
D.绿光
注意：红橙黄绿青蓝紫，波长逐渐减小，频率逐渐增大
巩固应用
对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点,以下说法正确的是 A.以某一个最少能量值一份一份地辐射和吸收 ABD B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍 C.吸收的能量可以是连续的 D.辐射和吸收的能量是量子化的
24000.35106 4.21021个. 6.6310343.0108
光电效应
❖ 1、光电效应在光的照射下物体发射出电子的现象,叫做光电效应
❖ 2、光电子发射出来的电子称为光电子
❖ 3、光电流光电子定向移动形成的电流叫光电流
❖ 4、逸出功：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属,其逸出功不同。
现象叫做光的散射
❖ 2、康普顿效应 ❖ 在散射的光线中,除了有与入射光波长相同的射线外,还有波
长比入射光波长更长的射线,人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应
❖ 3、意义 ❖ 有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；证实了“光子具有
动量”；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
率有关（频率越高,光电子的最大初动能越大）,而与入射光的强度无关
③频率低于νc的入射光不能使光电子逸出.（无论光的强度多大,照射时间多长）
④光的照射和光电子的逸出几乎是同时的 (<10-9 s)
爱因斯坦的光电效应方程
1.光子说(1905年提出)
光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。
17.1 能量量子化 17.2 光的粒子性

第13章光的粒子性2 PPT课件

1.对一定的金属材料制成的阴极，存在一个确定的临阈
频率。
k A 0
o

A k
红限频率
15
2.光电子的初动能与频率成线性关系，而与入射光的强
度I 无关。其关系：Ek k A
斜率K与材料无关。
*光电子的初动能可用遏止电压 Ua 测量。
Ek

1 2
mvM2
eU a
截距A与材料有关。
求：（1）相应的温度比；（2）相应的辐射本领之比。
解：（1）根据维恩位移定律
T1 1m = b T2 2m = b
T1 2m 1
T2
1m 2
（2）根据斯忒番-玻尔兹曼定律
M
o 1

T14
M
o 2
T24
M1o
M
o 2
( T1 )4 T2
1 16
10
四、普朗克的量子假设
ts 20c0 M b T 4 Ts4
P SMb S T 4 Ts4 5.67 10 8 306 4 293 4 1.73 137W
9
例题：先后两次测得炼钢炉测温孔（近似为黑体）辐射
出射度的峰值波长1m=0.8m、2m =0.4m ，
棱镜
空腔
电炉
频率不同折射率不同，折射角不同。
热电偶
G 测得不同频率的辐射功率

Mb M (T ) T 4
0
5.67 108 (Wm 2K 4 )
7
2、维恩位移定律
M
0
T1
T2
T3
M
T1 T2 T3
TM b

《光的粒子性》课件

四.爱因斯坦的光电效应方程
1.光子说(爱因斯坦于1905年提出)
在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。即:E＝hν ，ν表示光的频率，h 叫普朗克常量，h＝ 6.63×10-34焦耳·秒
四.爱因斯坦的光电效应方程
2.光电效应方程
①逸出功：金属表面上的电子逸出时要克服金属原子核的引力所做功的最小值。不同金属,其逸出功不同。有：W0= hν0
表明锌板在光线照射下失去电子而带正电。
一、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。
二.光电效应的实验规律
实验装置
实验发现以下规律： ●存在着饱和电流
△实验表明：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。
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。
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
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 ●解释瞬时性 ●解释饱和光电流
0 －W0
EK
ν ν0
光子说对光电效应的解释
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 >h0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。 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。

光的粒子性课件(讲课适用)

电流刚减小到0时对应的UKA叫做
遏止电压Uc。
—
1 2
me
vc2
eUc
V
K
+
A
学校课堂
11
实验测得的光电效应曲线
I 实验表明，在光的颜色不变的情况下，
入射光越强，饱和电流越大。这表明
对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内的光电子数越多
黄光（强）
饱和电流Is
蓝光
遏
止
电
黄光（弱）
压
Uc1 Uc2
4 逸出功的大小与入射光无关（ √ ）
5 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比（ × ）
学校课堂
24
练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
学校课堂
25
练3、关于光电效应下述说法中正确的是( D ) A、光电子的最大初动能随着入射光的强度增
疑难3：如果光很弱，电子需要很长时间（几分钟到十几分钟）才能获得逸出表面需要的能量。
实验结果：时间小于10-9学s校课堂
14
四爱因斯坦的光电效应方程
教材32页
思考：爱因斯坦提出了什么观点
学校课堂
15
教材33页
学校课堂
16
教材33页
学校课堂
17
教材33页
学校课堂
18
教材34页
1 2
mevc2
第十七章波粒二象性
17.2 光的粒子性
学校课堂
1
教材30页
学校课堂

高中物理17.2 光的粒子性课件

2020/2/2
第十七章波粒二象性
(3)具有瞬时性
阴极
K
阳极
猜实测验结：果电：子即是使怎入样射吸光的收强入度射光非的常微能弱量，的只呢要？入射光频率大
于被照金属的极限频率，电流表指当针年也爱几因乎斯是坦随等着大入量射科光学照射家就也立在即做偏这转样。类似的猜测。
G 更精思确考的：研如究果推入知射，光光的电频子率发超射过所截经至过频的率时，间做不两超次过实1验0－，9 秒（第这一个次现用象很一弱般的称光作照“射光，电第子的二瞬次时用发很射强”的）光。照射，请问哪一次光电子从锌板跑出来
A
阳极
V
阴极
K
G
2020/2/2
第十七章波粒二象性
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：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 A
UK
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
mevc2
=
eU c
则I=0，式中UC为遏止电压
一
一
E
一
v
一
－
F
一
一
E
速率最大的是 vc
最大的初动能 2020/2/2
第十七章波粒二象性
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC
思遏射12考止光m：电的e对压强vc刚后度2 才，，=的如电e实果路U验再中c ，增会加大有了入光
实电验流表吗明？:减对弱于光一的定强颜度色，(频遏率 )止的电光压, 会无减论小光吗的？强弱如何,遏止电压是一样的. 光的频率 ν 改变时，遏止电压也会改变。

17.2《光的粒子性》课件

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
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。
矛盾
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。
三.爱因斯坦的光量子假设 1.内容光不仅在发射和吸收时以能量为h的能量子形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 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w0，另一部分变为光电子逸出 h Ek W0 后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：即： Ek h W0 光电效应方程
W0
为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；
1 2 Ek me v 2
为光电子的最大初动能。
3、爱因斯坦对光电效应的解释：课本33页
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。
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
一、光电效应现象
实验一实验二结论：1、紫外光能使锌板中的电子从表面逸出 2、白光不能是锌板中的电子从表面逸出 3、紫外线频率比白光频率高，说明只有光的频率高于某一最小值，才能发生光电效应 4、使不同金属发生光电效应的光频率最小值不一样

172光的粒子性 ppt课件

量子后来被称为光子。
Eh
2020/12/27
15
四.爱因斯坦的光量子假设
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
电子一般情况下只吸收一个光子，获得的能量是hν，
这些能量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：
hEk W0
或 Ek hW0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
21
五.康普顿效应
康普顿正在测晶体对X 射线的散射
2020/12/27
22
五.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
2020/12/27
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪 23
六.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
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。
4
实验演示
把擦得很亮的锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，发现验电器指针发生了偏转。
说明什么现象？
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
2020/12/27
5
一.光电效应现象
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。
2020/12/27
6
二.光电效应的实验规律
9
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：
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. 光的频率改变时，遏止电压也会改变。