第2节科学的转折光的粒子性课件.ppt

1、第第2 2节节 科学的转折：光的粒子性科学的转折：光的粒子性 教学目标教学目标1 1、知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律。、知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律。2 2、了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应现、了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应现 象。象。3 3、知道爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决一些简、知道爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决一些简单问题。单问题。4 4、了解康普顿效应及光子理论对康普顿效应的解释。、了解康普顿效应及光子理论对康普顿效应的解释。5 5、认识到康普顿效应进一步证明了光的粒子性。、认识到康普顿效应进一步证明了光的粒子性。教学重

2、点：教学重点：光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应 第2 节 科学的转折：光的粒子性 教学目标 教学重点：一、光电效应一、光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。一、光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。二、光电效应的定量研究：二、光电效应的定量研究：实验发现规律实验发现规律 饱和电流、饱和电流、遏止电压和截止频率、遏止电压和截止频率、瞬时性瞬时性光的电磁理论的困难：光的电磁理论的困难：不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间应需很

3、长时间二、光电效应的定量研究：实验发现规律 饱和电流、遏止电 爱因斯坦的光子说。光的波动说无法解释光电效应。考虑到光和热辐射一样，也爱因斯坦的光子说。光的波动说无法解释光电效应。考虑到光和热辐射一样，也是一种电磁波，于是爱因斯坦把普朗克的量子理论应用到光学研究中来，提出了光子是一种电磁波，于是爱因斯坦把普朗克的量子理论应用到光学研究中来，提出了光子说说。三、光子说的内容是三、光子说的内容是：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量光量子，简称光子。光子的能量E跟光的频率跟光的频率成正比：成正比：E=h。（光子。（光子是以

4、电磁波形式存在的一份能量，没有静止质量）是以电磁波形式存在的一份能量，没有静止质量）注：光子说比普朗克的能量子说又进了一步。注：光子说比普朗克的能量子说又进了一步。光电效应的物理过程光电效应的物理过程 ：设每个光子只能被一个电子吸收（一个光子不能设每个光子只能被一个电子吸收（一个光子不能被多个电子分开吸收）；每个电子每次只能吸收一个被多个电子分开吸收）；每个电子每次只能吸收一个光子（一个电子不能同时吸收多个光子）。光子（一个电子不能同时吸收多个光子）。入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子（没有被电子吸收；吸收了光子

5、的电子（a a、b b、c c、e e、g g）动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金）动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子（属表面成为光电子（b b、c c、g g），有些没射出（），有些没射出（a a、e e）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做）；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少（服正电荷引力做的功最少（g g），飞出时动能最大。），飞出时动能最大。爱因斯坦的光子说。光的波动说无法解释光电效应。考虑到0kWhE四、爱因斯坦光电效应方程四

6、、爱因斯坦光电效应方程 说明：说明：Ek是光电子的最大初动能；是光电子的最大初动能；W0是逸出功，即从是逸出功，即从金属表面金属表面直接飞出的光电子克服直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，也就是使电子脱离某种金属所做功的最小值。这个方程和能量正电荷引力所做的功，也就是使电子脱离某种金属所做功的最小值。这个方程和能量守恒定律是完全一致的。守恒定律是完全一致的。五、用光子说解释光电效应规律：五、用光子说解释光电效应规律：1、由、由 Ek=h-W0 eUC 可知存在遏止电压且它只和光的频率有关；可知存在遏止电压且它只和光的频率有关；2、如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应

7、。这就解释、如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了截止频率（极限频率）的存在；了截止频率（极限频率）的存在；且有关系：且有关系：vc=W0/h或或W0=hc3、由于光电效应是由一个光子被一个电子吸收引起的，因此从有光照射到有光电子、由于光电效应是由一个光子被一个电子吸收引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。4、由、由3还可能存在饱和电流。还可能存在饱和电流。四、爱因斯坦光电效应方程 说明：五、用光子说解释光电效应规律思考与讨

8、论思考与讨论 给出了光电子的最大初动能给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率与入射光的频率的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压电压Uc。怎样改写此式以得到。怎样改写此式以得到Uc与与、W0的关系？的关系？0kWhE例题例题：密立根密立根测量金属的遏止电压测量金属的遏止电压Uc与入射光频率与入射光频率，由此，由此算出普朗克常数算出普朗克常数h 下表是某金属的下表是某金属的Uc和和的几组数据。的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878/1014 Hz5.6445.8886.0986.30

9、36.501试作出试作出Uc-图象并通过图象求出：图象并通过图象求出：（1）这种金属的截止频率；）这种金属的截止频率；（2）普朗克常量。）普朗克常量。思考与讨论例题：密立根测量金属的遏止电压U c 与入射光频率解题的核心是由解题的核心是由 光电效应方程光电效应方程结合结合 动能与静电力做功的关系动能与静电力做功的关系 Ek=eUc写出写出 学生熟悉的形式学生熟悉的形式Uc=（蓝字（蓝字两个变量）两个变量）0kWhEeheW0由图象求参数的方法：由图象求参数的方法：电源电动势和内阻（直接求参数）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）用单摆测重力加速度（用图象求平均值）

10、解题的核心是由 光电效应方程由图象求参数的方法：饱和电压、饱和电压、遏止电压和截止频率、遏止电压和截止频率、瞬时性瞬时性不应存在截止频率、不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间光弱时电子逸出应需很长时间0kWhE光电效应实验发现规律光电效应实验发现规律 用经典光的电磁理论解释实验规律用经典光的电磁理论解释实验规律（只有少部分能解释）（只有少部分能解释）爱因斯坦光量子假设爱因斯坦光量子假设（以普朗克能量子假说为基础）（以普朗克能量子假说为基础）光的电磁理论的困难光的电磁理论的困难数学推理数学推理-爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程密立根的精

11、密测量直接证实这个方程密立根的精密测量直接证实这个方程思路小结：思路小结：饱和电压、不应存在截止频率、光电效应实验发现规律 用经典光的例例1、对爱因斯坦光电效应方程对爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0，下面的理解正确的有（，下面的理解正确的有（）A用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都具有同样的初动能具有同样的初动能B式中的式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功所做的功 C逸出功逸出功W0和极限频率和极限频率c之间应满足关系式之间

12、应满足关系式W0=hcD光电子的最大初动能和入射光的频率成正比光电子的最大初动能和入射光的频率成正比C 例1、对爱因斯坦光电效应方程E k=h -W0，下面的理解正例例2、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c，（，（）A当用频率低于当用频率低于c的单色光照射该金属时，一定能产生光电子的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为当用频率为2c的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为动能为hcC在照射光的频率在照射光的频率大于大于c的条件下，若的条件下，若增大，则逸出功增大，则逸出功W0也随之也随

13、之增大增大D在照射光的频率在照射光的频率大于大于c的条件下，若的条件下，若增大一倍，则光电子的最增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍大初动能也增大一倍解析：解析：逸出功逸出功W0和极限频率的关系是和极限频率的关系是W0=hc，当入射光频率为，当入射光频率为2c时，根据光电效应方程，时，根据光电效应方程，Ek=h 2c-W0=hc，因此，因此B正确。逸出正确。逸出功是金属本身的性质，与入射光频率无关。光电子的最大初动能功是金属本身的性质，与入射光频率无关。光电子的最大初动能Ek=h-W0，是关于频率的一次函数，但不是正比例函数。本题只，是关于频率的一次函数，但不是正比例函数。本题只选选B。B

14、例2、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 c，（例例3、如图，当电键如图，当电键S断开时，用光子能量为断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（由此可知阴极材料的逸出功为（）A1.9eV B0.6eV C2.5eV D3.1eV 解析：解析：电流表读数刚

15、好为零，说明刚好没有光电子能够到达阳极。电流表读数刚好为零，说明刚好没有光电子能够到达阳极。根据动能定理，光电子的最大初动能刚好为根据动能定理，光电子的最大初动能刚好为0.6eV。由。由Ek=h-W0可可知知W0=1.9 eV。选。选A。A例3、如图，当电键S 断开时，用光子能量为2.5 e V 的一束光照六、康普顿效应：六、康普顿效应：光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同康普顿假设：康普顿假设：光子不仅具有能量，而且具有动量光子不仅具有能量，而且具有动量；用；用 动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。动量守恒、能量守恒完美地解释了康

16、普顿效应。能量：能量：E E=h h 动量：动量：p p=h h/六、康普顿效应：光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的光子的能量和动量光子的能量和动量2mcE hchcchmcP2hE 2chm光子的能量和动量hE hP动量能量是描述粒子的动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的频率和波长则是用来描述波的动量能量是描述粒子的,X X射线散射实验的研究射线散射实验的研究康普顿用光量子说解释实验规律康普顿用光量子说解释实验规律难以解决的矛盾难以解决的矛盾 数学推理数学推理与实验事实对照与实验事实对照 本节总小结：本节总小结：光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性，光电效光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性，光电效应表明光具有能量，康普顿效应表明光子既具有能量，又有动量。应表明光具有能量，康普顿效应表明光子既具有能量，又有动量。光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。教学线索教学线索 0用经典电磁理论解释实验规律用经典电磁理论解释实验规律)(0X 射线散射实验的研究康普顿用光量子说解释实验规律难以解决的矛