人教版高中物理《第十七章波粒二象性》优秀课件.ppt

1、1.通过实验了解光电效应的实验规律。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。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。了解康普顿效应，了解光子的动量。把一块锌板连接在验电器上，用紫外线照射把一块锌板连接在验电器上，用紫外线照射锌板，观察验电器指针的变化。锌板，观察验电器指针的变化。使验电器张角增大到约为使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过度时，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。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表明锌板在射线照射下失去电子而带正电!

2、定义：定义：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出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。的现象，称为光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件 1887 1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收年，赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花。这就是电路的间隙如果受到光照就更容易产生电火花。这就是最早的光电效应。最早的光电效应。后来经过汤姆逊等多名科学家的实验研究，证实了后来经过汤姆逊等多名科学家的实验

3、研究，证实了这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子这个现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象就叫从表面逸出，这个现象就叫光电效应光电效应。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件 光照不变，增大光照不变，增大 UAK，G 表表中电流达到某一值后不再增大，中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。即达到饱和值。因为光照条件一定时，因为光照条件一定时，K 发发射的电子数目一定。射的电子数目一定。实验表明：入射光越强，饱和入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。子数越多。人教版高

4、中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件v加反向电压，如图所示：加反向电压，如图所示：光电子所受电场力方向与光电子光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运速度方向相反，光电子做减速运动。若动。若U=0 时，时，I 0，因为电子有初速度。，因为电子有初速度。则则 I=0，式中，式中 为为遏止电压遏止电压。2.存在遏止电压和截止频率遏止电压：使光电流减小到零的反向电压EEUFKA2e cc12m veU 速率最大的是速率最大的是 v最大初动能最大初动能人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七

5、章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件实验表明：改变时，最大初动能最大初动能2e cc12m veU 截止频率 人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件 实验结果：即使入射光的强实验结果：即使入射光的强度非常微弱，度非常微弱，电流表，电流表指针也几乎是随着入射光照射就指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。立即偏转。更精确的研究推知，光电子更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过发射所经过的时间不超过109 秒秒(这个现象一般称作这个现象一般称作“光电子的瞬光电子的瞬时发射时发射”)。光电效应在极短的时间内完成！3.具有瞬时性人

6、教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件勒纳德等人通过实验得出以下结论1.对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；个频率就不能发生光电效应；4.入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过一般不超过 109 秒。秒。3.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入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

7、大；射光的频率增大而增大；2.当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和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；电流越大；人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件逸出功逸出功 W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的叫做这种金属的逸出功逸出功。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。1.光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压 应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。实验表明：对于一定颜色实验表明：对于一定颜色(频率频率)的光的光,无论光的

8、强无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。弱如何，遏止电压是一样的。按照按照光的电磁理论光的电磁理论，可以得到以下结论：，可以得到以下结论：人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件 以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。2.不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。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、，这个时十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于间远远大于10-9 s。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件1.内容：光不仅在发射和吸收时以能量为光不仅在发射和吸收时以能量为 h 的微粒形式出的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为频率为 的的光是由大量光是由大量能量为能量为 =h 的的光子组成的粒子流光子组成的粒子流组成的，这组成的，这些光子沿光的传播方向以光速些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。运动。在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分在光电效应中金属中的电

10、子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功消耗在电子逸出功 W0，另一部分变为光电子逸出后的动能，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek。由能量守恒可得出：。由能量守恒可得出：2.爱因斯坦光电效应方程k0hEW W0 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；为光电子的最大初动能。为光电子的最大初动能。2ke12Em v 人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件3.光子说对光电效应的解释(2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时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

11、的。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。电子多，因而饱和电流大。(1)爱因斯坦方程表明，光电子的初动能爱因斯坦方程表明，光电子的初动能 Ek 与入射光的频与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当率成线性关系，与光强无关。只有当 h W0 时，才有光时，才有光电子逸出，电子逸出，vc=W0/h 就是光电效应的截止频率就是光电效应的截止频率。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件4.光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时

12、间做了美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电光电效应效应”实验，结果在实验，结果在 1915 年证实了爱因斯坦方程，年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理理论的正确。论的正确。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件 光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做变，这种现象叫做光的散射光的散射。1923 年康普顿在做年康普顿在做

13、X 射线通过物质散射的实验时，发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相同的射线外，还有比入射线现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射有关，而与入射线波长和散射物质都无关。线波长和散射物质都无关。1.光的散射2.康普顿效应五、康普顿效应五、康普顿效应人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件康普康普顿正顿正在测在测晶体晶体对对 X 射线射线的散的散射射按经典电磁理论：如果入射如果入射 X光是某种波光是某种波长的电磁波，长的电磁波，散射光的

14、散射光的波长是不会改变的！波长是不会改变的！人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件 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，带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率其频率等于入射光频率，所以，所以它所发射的它所发射的散射光频率散射光频率应等于应等于入射光频率入射光频率。(2)无法解释波长改变和散射角关系。无法解释波长改变和散射角关系。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件光子理论对康普顿效应

15、的解释(1)若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，子，散射光子散射光子的能量减少，于是的能量减少，于是散射光散射光的波长大于的波长大于入射入射光光的波长。的波长。(2)若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。(3)因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长

16、改变和散射角有关。改变和散射角有关。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件1.有力地支持了爱因斯坦有力地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设；2.首次在实验上证实了首次在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量”的假设；的假设；3.证实了证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒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。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文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种混进来了某种荧

17、光辐射荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识；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。到还要用动量守恒。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件2mcmcE E h hE E 2c ch hm m 动量能量是描述粒子的频率和波长则是用来描述波的2hhhpmcccc 六、光子的动量六、光子的动量人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件1.光电效应现象光电效应现象 光电效应实验规律光电效应实验规律3.爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程2.光电效应解释中的疑难光电效应解释中的疑难4.

18、康普顿效应康普顿效应 6.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义5.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难 7.光子的动量光子的动量 人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示，这时个角度，如图所示，这时()A.锌板带正电，指针带负电锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电

19、锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电锌板带负电，指针带负电B人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件2.一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则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下列措施中可能使该金属产生光电效应的是()A.延长光照时间延长光照时间 B.增大光束的强度增大光束的强度 C.换用红光照射换用红光照射 D.换用紫光照射换用紫光照射D人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件3.根据图所示研究光电效应的根据图所示研究光电效应的电路，利用能够产

20、生光电效应电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗光来进行实验，怎样测出普朗克常量？根据实验现象说明实克常量？根据实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常写出根据本实验计算普朗克常量的关系式。量的关系式。人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件101e eU UW Wh h 202e eU UW Wh h 解：当入射光频率分别为解：当入射光频率分别为 1、2 时，测出遏止电压时，测出遏止电压 U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得由爱因斯坦

21、光电效应方程可得联立上两式，解得联立上两式，解得e eU UU Uh h2121 其中其中 e 为电子的电量，测出为电子的电量，测出 U1与与 U2就可测出普朗克常量就可测出普朗克常量人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件实验步骤：实验步骤：(1)将图中电路图的电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑将图中电路图的电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑 至至最左边，用频率为最左边，用频率为 1 的光照射，此时电流表中有电流的光照射，此时电流表中有电流;将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流将滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示数U1。(2)用频率为用频率为 2的光照射，重复的光照射，重复(1)的操作，记下伏特表的的操作，记下伏特表的 示数示数U2。(4)多次测量取平均值。多次测量取平均值。(3)应用应用 计算计算 h。e eU UU Uh h2121 人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件人教版高中物理第十七章波粒二象性优秀课件