170《波粒二象性》资料

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？
第1课时 光电效应 光子
问题1：回顾前面的学习，总结 人类对光的本性的认识的发展 过程？
一、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。。
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
定义： 在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(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
一、光电效应
1.什么是光电效应
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。
2.光电效应的实验规律
阳
1. 光电效应实验
极
光线经石英窗照在阴极上， 便有电子逸出----光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
遏止电压
阳A
极
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
V
到某一值 Uc 时，光电流恰为0。
Uc称遏止12电m压evc。2 eUc
K阴
极
G
一、光电效应的实验规律
第十七章 《波粒二象性》
17.1《能量量子化： 物理学的新纪元》
教学目标
1、知识与技能： （1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体
与黑体辐射
（2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的 强度与波长的关系
（3）了解能量子的概念 2、过程与方法：
了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和 微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深 化了人们对于物质世界的认识。
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
K阴
极
遏
止
电
G
压
I
光强较弱
Uc
O
U
一、光电效应的实验规律
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线
阳A
极
V
I
K阴
极
饱
光强较强
和
遏 止
电I s
流
电
光强较弱
G
压
Ua
O
U
2. 光电效应实验规律 ①.光电流与光强的关系
阳A 极
W 石英 窗 K阴 极
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
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；
G V
•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。
能量
ε=hν
h=6.626*10-34J.s
经典 量子
e0(,T )
实验值
普朗克 1 2 3 4 5 6 7 8 9 λ (μ m)
17.2《科学的转折： 光的粒子性》
教学目标
知识与技能： 1．通过实验了解光电效应的实验规律。2．知道爱因斯坦
光电效应方程以及意义。3．了解康普顿效应，了解光子 的动量 过程与方法： 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学 探究的方法研究物理问题，验证物理规律。 3、情感态度与价值观： 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲， 乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜 悦。 【重点难点】 1、重点：光电效应的实验规律 2、难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
惠更斯 波动说
能量量子化；物理学的新纪元
1、黑体与黑体辐射
热辐射
固体或液体，在任何温度下都在发射各种波 长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到 激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电 磁波的特征与温度有关。
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。
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。
固体在温度升高时颜色的变化
800K
1000K
1200K
1400K
2. 黑体辐射实验规律
能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反 射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑 体
不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看 作黑体。
研究黑体辐射的 规律是了解一般物体 热辐射性质的基础。
黑体模型
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辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子， 这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这 些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些 状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所 允许的可具有任意值。相应的能量是某一最 小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1 ε, 2 ε, 3 ε, ... n ε. n为正整数，称为量子数。
3、情感态度与价值观： 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心
与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索 自然规律的艰辛与喜悦。
【重点难点】 1、重点: 能量子的概念 2、难点: 黑体辐射的实验规律
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
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实验装置 TT
平行光管 三棱镜
e0(,T )
实验结果
λ
0 1 2 3 4 5 6 (μm)
M 0 (T )
实验值
紫
普朗 克
外 灾 难
线
瑞利--金斯线
维恩线
o1 2 3 4 5
6 78
/μm
3.能量子 超越牛顿的发现