第2节光的粒子性课件.ppt

1、汪领峰汪领峰二二0 0一七年三月一七年三月数数-单单位位时时间间入入射射的的光光子子-n nn nh h,n n6 6.光光强强E E也也对对应应一一个个极极限限频频率率个个确确定定大大小小的的逸逸出出功功，5 5.某某一一金金属属，对对应应一一P Pt tE E4 4.光光电电子子数数N N h hc ch h3 3.光光子子能能量量h hc cW W的的求求法法h h2 2.逸逸出出功功、极极限限频频率率W Wh he eU Um mv v2 21 1压压的的求求法法：E E1 1.最最大大动动能能、遏遏止止电电W Wh h对对爱爱因因斯斯坦坦光光电电方方程程E E课课前前笔笔记记 0 0

2、0 00 00 0c c2 2m mK K0 0K K t tn ne e饱饱和和电电流流I I单单位位时时间间内内逸逸出出电电子子数数n n入入射射光光强强度度E E入入射射光光频频率率h h光子能量光子能量0 0K KW Wh h动能E动能E光子的最大初光子的最大初e eE E遏遏止止电电压压U UK KC C材材料料0 0逸逸出出功功W Wh hW Wh h截止频率W截止频率W0 00 00 00 0用弧光灯照射擦得很用弧光灯照射擦得很亮的锌板，亮的锌板，(注意用导注意用导线与不带电的验电器线与不带电的验电器相连相连），使验电），使验电 器张器张角增大到约为角增大到约为 3030度时，度

3、时，再用与丝绸磨擦过的再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角则验电器的指针张角会变大。会变大。一、光电效应现象一、光电效应现象 表明锌板在射线照射下失去电子而带正电，表明锌板在射线照射下失去电子而带正电，光能转化为电能。光能转化为电能。逸出的电子称为光电子逸出的电子称为光电子。1.1.定义：定义：在光在光(包括不可见光包括不可见光)的照射下，金属中的电子从表面逸的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象叫做出的现象叫做光电效应光电效应逸出来的电子叫做逸出来的电子叫做光电子光电子实质还是电子实质还是电子实验结论：实验结论：AKGV阳阳极极阴阴极极W石英窗石英窗1.1

4、.光电效应实验光电效应实验光光电电子子数数e eI It tn nt tn ne e光光电电流流I I电电压压由由V V测测量量。，光光电电流流的的大大小小由由G G测测量量E Eh h.量量的的光光，光光子子不不带带电电.能能叫叫一一个个光光子子。即即量量子子化化的的，每每一一份份连连续续的的，而而是是一一份份一一份份：在在空空间间传传播播的的光光不不是是光光子子数数.n nh h.其其中中n n为为光光子子n n即即E E和和.所所包包含含光光子子的的能能量量的的总总：单单位位时时间间内内入入射射光光中中入入射射光光的的强强度度律律二、光电效应的实验规二、光电效应的实验规.光光电电子子称称

5、作作电电子子逸逸出出，逸逸出出的的电电子子上上，便便有有光光线线经经石石英英窗窗照照在在阴阴极极光光电电子子：形形成成的的电电流流.光光电电子子在在电电场场力力作作用用下下光光电电流流：将换向开关反接，电场反向，则光电将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当当 K K、A A 间加反向电压，光电子克间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值服电场力作功，当电压达到某一值U Uc c 时，光电流恰为时，光电流恰为0 0。U Uc c称遏止电压称遏止电压。遏止电压：遏止电压：怎样求解？怎样求解？E E0 0的的反反向向电电压压

6、.2 2）条条件件：使使光光电电流流I I遏遏止止电电压压U U,e eU Uv vm m2 21 11 1）公公式式：求求解解）电电压压的的方方法法(动动能能定定理理计计算算最最大大初初动动能能和和遏遏止止c cc c2 2e ee e.v vm m2 21 1表达式：E表达式：E.最大初动能最大初动能大动能叫大动能叫最大的速度，具有的最最大的速度，具有的最在在子只克服引力作用，存子只克服引力作用，存不同.而金属表面的电不同.而金属表面的电不同，对应的电能不同，对应的电能阻力不同，逸出的速度阻力不同，逸出的速度出的，由于克服引力、出的，由于克服引力、光电子有内层、外层逸光电子有内层、外层逸2

7、 2c ce eKcKc单色光单色光I IS3S3I IS2S2I IS1S1光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线遏遏止止电电压压存在饱和电流和遏止电压存在饱和电流和遏止电压是是光光电电流流I I的的最最大大值值I I4 4.与与电电压压U U无无关关。和和电电流流I I3 3.I I到到达达饱饱和和时时，饱饱，I I随随U U的的增增大大而而增增大大2 2.I I未未到到达达饱饱和和0 0时时的的反反向向电电压压光光电电流流I I实实验验结结论论：1 1.U Uc c：s ss s饱饱和和光光电电流流前前单单位位时时间间内内的的光光子子数数。n n n nh h,n nE E面面积积的的

8、光光子子的的总总能能量量。某某横横截截光光强强：单单位位时时间间入入射射到到E EI In nt tn ne e饱饱和和光光电电流流I In n频频率率一一定定，光光强强E ES SS S，t tnene光电流i光电流i.内发射的光电子数越多内发射的光电子数越多入射光越强，单位时间入射光越强，单位时间电流越大电流越大5.入射光越强，饱和5.入射光越强，饱和光电效应伏安特性曲线光电效应伏安特性曲线I IS3S3I IS2S2I IS1S1多多。间间内内发发生生的的光光电电子子数数越越饱饱和和电电流流越越大大，单单位位时时定定，入入射射光光越越强强，度度、频频率率有有关关。频频率率一一3 3.饱饱

9、和和电电流流与与光光的的强强越越大大。的的频频率率越越大大，遏遏止止电电压压无无关关。入入射射光光压压相相同同，与与光光强强的的强强弱弱2 2.同同一一色色光光，遏遏止止电电.t tn ne et tq qI I多多，与与所所加加电电压压无无关关。单单位位时时间间内内光光电电子子数数越越饱饱和和电电流流越越大大。频频率率）照照射射，光光越越强强，结结论论：1 1.同同一一色色光光（表示遏止电压表示遏止电压U图像截距U图像截距i i.t tn ne e饱饱和和光光电电流流I In nh h,n n光光强强度度E Eh h,光光子子能能量量s s2.2.光电效应实验规律光电效应实验规律.光电流与光

10、强的关系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。饱和光电流强度与入射光强度成正比。.截止频率截止频率c-极限频率（极限频率（发生光电效应的条件发生光电效应的条件）对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率 0 0。当入射光频率当入射光频率 0 0时，无论时，无论光强多大光强多大也无电子逸出金属表面。也无电子逸出金属表面。都不会产生光电流。都不会产生光电流。光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间 WW0 0.才有动能。才能有光电子，才有动能。才能有光电子，才能发生光电效应。才能发生

11、光电效应。求求hh0 0=W=W0 0的方法。的方法。2.2.光电效应的条件光电效应的条件ABDABD2 2两种单色光两种单色光a a和和b b，a a光照射某金属时光照射某金属时有光电子逸出，有光电子逸出，b b光照射该金属时没有光照射该金属时没有光电子逸出，则光电子逸出，则()A A在真空中，在真空中，a a光的传播速度较大光的传播速度较大B B在水中，在水中，a a光的波长较小光的波长较小C C在真空中，在真空中，b b光光子的能量较大光光子的能量较大D Da a光照射某金属，照射时间越长，光电子的最大初光照射某金属，照射时间越长，光电子的最大初动能越大动能越大.B B，故D错.，故D错

12、.只与只与、金属材料有关、金属材料有关则E则E,W Wh h4.E4.E.故C错.故C错.h h得，得，3.由3.由.故B对.故B对.,，则，则而b不能发生光电效应而b不能发生光电效应.，则，则2.a光发生光电效应2.a光发生光电效应A错.A错.m/s,m/s,10103 3有光的传速度都为C有光的传速度都为C分析：1.在真空中所分析：1.在真空中所K K0 0K Kb ba ab ba ab ba ab ba a0 0b b0 0a a8 83.3.如图所示电路的全部接线及元件均完好用光照射如图所示电路的全部接线及元件均完好用光照射光电管的光电管的K K极板，发现极板，发现电流计无电流通过电

13、流计无电流通过，可能的原因，可能的原因是是()A AA A、K K间加的电压不够高间加的电压不够高 B B.电源正负极接反了电源正负极接反了C C照射光的频率不够高照射光的频率不够高 D D.照射光的强度不够大照射光的强度不够大分析：无电流，无光电子。分析：无电流，无光电子。1.1.可能所加电压时反向，电场力和电子可能所加电压时反向，电场力和电子速度反向，不能使电子从速度反向，不能使电子从K K到到A A极。极。2.2.可能没有发生光电效应现象，即入射可能没有发生光电效应现象，即入射光频率小于极限频率。光频率小于极限频率。3.3.光电效应的发生：与电压、光强度无光电效应的发生：与电压、光强度无

14、关。关。BCBC光电效应方程的应用光电效应方程的应用例例2.2.在光电效应实验中，元宝同学用在光电效应实验中，元宝同学用同一光电管同一光电管在不在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线线(甲光、乙光、丙光甲光、乙光、丙光)，如图所示则可判断出，如图所示则可判断出()A A甲光的频率大于乙光的频率甲光的频率大于乙光的频率B B乙光的波长大于丙光的波长乙光的波长大于丙光的波长C C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电

15、子最大初动能大初动能B B，故故C C错错.W W2 2.h h，故故A AD D错错B B对对h hh hh hW WE Eh h.E EE EE EU UU U一一定定，U U1 1.同同一一光光电电管管W W.h hW Wh h,E E对对应应几几个个关关联联式式：e eU UW Wh h应应方方程程：E E分分析析：爱爱因因斯斯坦坦光光电电效效丙丙乙乙甲甲0 00 0丙丙乙乙甲甲丙丙乙乙甲甲丙丙乙乙甲甲0 0K KK K丙丙K K乙乙K K甲甲C C丙丙C C乙乙C C甲甲0 00 00 0K KC C0 0K K1.1.用波长为用波长为2.02.010107 7m m的紫外线照射钨的

16、表面，释放的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是出来的光电子中最大的动能是4.74.710101919J.J.由此可知，由此可知，钨的极限频率是钨的极限频率是(普朗克常量普朗克常量h h6.636.6310103434JsJs，光，光速速c c3.03.010108 8m/sm/s，结果取两位有效数字，结果取两位有效数字)()()A A5.55.510101414HzHz B B7.97.910101414HzHzC C9.89.810101414Hz Hz D D1.21.210101515HzHzB Bh hE EC CE Eh hc c即即h hh h，W WE Eh h得

17、得：W WW Wh h由由E EJ J1 10 04 4.7 7m m，E E1 10 02 2.0 0分分析析：知知K K0 0K K0 00 00 0K K0 00 0K K-1 19 9K K-7 7B B故选B.故选B.,NhcNhcN N则总能量E则总能量Ehchch h分析：每个光子的能量分析：每个光子的能量0 00 02 2硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能若有电能若有N N个波长为个波长为0 0的光子打在光电池板上，这的光子打在光电池板上，这些些光子的总能量光子的总能量为为()0 00 00 00 0D D.2 2N Nh

18、h N Nh hC C.N Nh hc cB B.h hc cA A.3 3.如图所示的实验电路，当用如图所示的实验电路，当用黄光黄光照射光电管中的金属涂层照射光电管中的金属涂层时，时，毫安表的指针发生了偏转毫安表的指针发生了偏转若将电路中的滑动变阻器的若将电路中的滑动变阻器的滑片滑片P P向右移动到某一位置时，向右移动到某一位置时，毫安表的读数恰好减小到零毫安表的读数恰好减小到零，此时此时电压表读数为电压表读数为U U，这一，这一电压称为遏止电压电压称为遏止电压欲使遏止电压欲使遏止电压增大，可以采用的措施为增大，可以采用的措施为()A A增大黄光强度增大黄光强度 B B延长照射时间延长照射时

19、间C C改用蓝光照射改用蓝光照射 D D改用红光照射改用红光照射C C渐渐减减小小.方方向向逐逐渐渐增增大大，逐逐备备注注：红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫增增大大。则则增增大大，U U是是定定值值，W W,e eU UW Wh h得得e eU U和和E EW Wh h分分析析：由由E Ec c0 0c c0 0c cK K0 0K K4 4.如图所示，当电键如图所示，当电键K K断开时，断开时，用光子能量为用光子能量为2.5 eV2.5 eV的一束光照射到阴极的一束光照射到阴极P P，发现电流表读数不为零合，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于上电键，调节滑动变阻器

20、，发现当电压表读数小于0.60 V0.60 V时，电流表读数仍不为零；时，电流表读数仍不为零；当电压表读数当电压表读数大于大于或等于或等于0.60 V0.60 V时时，电流表读数为零电流表读数为零由此可知阴极材由此可知阴极材料的料的逸出功逸出功为为()A A1.9 eV1.9 eVB B0.6 eV0.6 eVC C2.5 eV 2.5 eV D D3.1 eV3.1 eVA AJ J1 10 01 1.6 61 1.9 91 1.9 9e ev vE Eh hW W0 0.6 6e ev ve eU UE E 2 2.5 5e ev v分分析析：由由题题意意可可知知h h1 19 9K K0

21、 0c cK K5 5铝的铝的逸出功是逸出功是4.2eV4.2eV，现在用，现在用波长为波长为200nm200nm的的光光照射铝的表面求：照射铝的表面求：(1)(1)光电子的最大初动能光电子的最大初动能(2)(2)遏止电压遏止电压 (3)(3)铝的截止频率铝的截止频率 z z1 15 50 00 00 00 0K KK Kc c1 19 90 00 0K KH H1 10 01 1.0 01 1h hW W则则W W3 3.极极限限频频率率：h h2 2.0 02 2V Ve eE E则则U Uc cE E2 2.遏遏止止电电压压：e eU UJ J1 10 03 3.2 2W Wh hc c

22、W Wh h1 1.最最大大初初动动能能E E解解析析：6 6.在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能光电效应，实验测得光电子的最大初动能E Ek k与入射光与入射光的频率的频率的关系如图所示，由实验图线可求出的关系如图所示，由实验图线可求出()A.A.该金属的极限频率和极限波长该金属的极限频率和极限波长 B.B.普朗克常量普朗克常量C.C.该金属的逸出功该金属的逸出功 D.D.单位时间内逸出的光电子数单位时间内逸出的光电子数 ABCABC0 00 00 00 00 00 0K Kh h逸逸出出功功W Wc c极

23、极限限波波长长频频率率h h，横横坐坐标标截截距距为为极极限限斜斜率率K K可可知知W Wh h分分析析：由由E E）图图像像错错误误的的是是（、反反向向电电压压U U、t t关关系系遏遏止止电电压压U U流流i i、光光强强I I、的的实实验验如如图图，关关于于光光电电7 7.研研究究光光电电效效应应规规律律c ci iI IA A U U和和一一定定U Uc cv vB B U Uc c和和频频率率的的关关系系i iU UC C I I和和一一定定U Uc ci it ts s1 10 09 9D D I I和和一一定定0 00 00 00 0应应的的瞬瞬时时性性，正正确确4 4.D D项

24、项，根根据据光光电电效效小小。一一定定。i i随随U U增增大大而而减减得得，最最大大初初E EW Wh h一一定定，由由E E的的光光电电子子数数一一定定。时时间间内内单单位位面面积积上上逸逸出出3 3.C C项项I I一一定定，单单位位图图线线不不过过原原点点。错错误误关关系系，可可知知：U Uc c与与成成线线性性W Wh he eU UE E2 2.B B项项光光电电效效应应方方程程i i跟跟I I成成正正比比。正正确确当当U U、一一定定时时t tN Ne ei in nh h,而而增增大大，I I分分析析：A A项项i i随随U U增增大大K K0 0K K0 0c cK K8 8

25、人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到的波长为人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到的波长为530 nm530 nm的绿光时，只要每秒有的绿光时，只要每秒有6 6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉普朗克常量为觉普朗克常量为6.636.6310103434 Js Js，光速为，光速为3.03.010108 8 m/s m/s，则，则人眼能察觉到绿光时人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率所接收到的最小功率是是()A A2.32.310101818 W W B B3.83.810101919 W WC C7.07.010101010 W W D D1.21.21010

26、1818 W WW W2 2.3 3t tE E2 2每每秒秒吸吸收收的的功功率率P P6 6h hc c6 6能能量量E E解解析析：1 1.每每秒秒吸吸收收的的-1 18 8 康普顿效应康普顿效应第第2课时课时1.光的散射光的散射光在介质中与物质微粒相互作用光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变因而传播方向发生改变,这这种现象叫做种现象叫做光的散射光的散射 1923 1923年康普顿在做年康普顿在做X X射线通过物质散射的实验时，发现散射射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有线中除有与入射线波长相同的射线与入射线波长相同的射线外，还有外，还有比入射线波长更长比入射线波长更长

27、的射线的射线，其波长的改变量与散射角，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散有关，而与入射线波长和散射物质都无关。射物质都无关。-这种现象叫康普顿效应这种现象叫康普顿效应2.2.康普顿效应康普顿效应3.光子的能量和动量光子的能量和动量-康普顿效应产生原因康普顿效应产生原因h hmcmc光子的动量：p光子的动量：ph h光子能量：光子能量：mcmc爱因斯坦的质能方程：爱因斯坦的质能方程：2 2h h光光子子的的动动量量公公式式：P Ph h光光子子的的能能量量公公式式：动量、能量动量、能量是是描述粒子的描述粒子的,频率和波长频率和波长则是用来则是用来描述波的物理量描述波的物理量普朗克常量普朗克常量h h是桥梁，光具有波粒二象性是桥梁，光具有波粒二象性.发生散射为什么有些光子的波长变大？发生散射为什么有些光子的波长变大？，动量减小，波长变大，动量减小，波长变大一部分动量转移给电子一部分动量转移给电子得得h h由P由P动能减小、动量减小，动能减小、动量减小，撞，动量和能量守恒，撞，动量和能量守恒，发生散射时光与电子碰发生散射时光与电子碰谢谢合作谢谢合作 夏邑高中夏邑高中