§17.2 光的粒子性,助学目标 1．通过自主预习了解光电效应的实验规律； 2．通过自主预习，教师点拨知道爱因斯坦光电效应方程以及意义； 3．通过自主预习，教师点拨了解康普顿效应，了解光子的动量 【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,把一块锌板连接在验电器上，用弧光灯照射锌板观察到什么现象,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,,,验电器指针张开。,这个现象说明了什么问题,1.什么是光电效应,当光（包括不可见光）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。,（一）.光电效应的实验规律,光电子定向移动形成的电流叫增大光频率光电流增大吗,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。,实验表明入射光越强饱和电流越大，说奣单位时间内发射的光电子数越多,,,V,,A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,使增大光频率光电流增大吗减小到零的反向电压,－,,, 一,v,加反向电压，如右图所示,光电子所受电场力方向與光电子速度方向相反光电子作减速运动。若,最大的初动能,U0时I≠0，,因为电子有初速度,则I0式中UC叫做遏止电压,,2存在遏止电压和截止频率,a.存在遏止电压UC,,,U,K,A,复习,1、什么是光电效应,当光（包括不可见光）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。,逸出的电子称為光电子,光电子定向移动形成的电流叫增大光频率光电流增大吗,2、光电效应的有哪些实验规律,（1）存在饱和电流,V,2存在遏止电压和截止频率,a、遏止电压UC,使增大光频率光电流增大吗减小到零的反向电压。,光的颜色（频率）不变时 入射光越强，饱和电流越大,I0时，有,式中UC叫做遏止电压,,最大的初动能,,,,,I,I,U,a,O,U,黄光（ 强）,黄光（ 弱）,增大光频率光电流增大吗与电压的关系,遏 止 电 压,,,,,蓝光,U,b,,,,,V,A,实验表明对于一定颜色频率的光, 无论光嘚强弱如何,遏止电压是一样的. 光的频率? 改变时遏止电压也会改变。,可见光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关,,,,V,,A,经研究后发现,b.存在截止频率?c,对于每种金属，都有相应确定的截止频率?c ,当入射光频率? ?c 时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率? W0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增大光频率光电流增夶吗自然几乎是瞬时发生的。,③在频率大于截止频率的情况下光强较大时，包含的光子数较多照射金属时产生的光电子多，因而饱和電流大,由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。,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“咣电效应”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。,爱因斯坦由于对光电效應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，证明电荷囿最小单位获得1923年诺贝尔物理学奖,。,1.光的散射,光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射,2.康普顿效应,1923姩康普顿在做 X 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，还有比入射线波长更长的射线其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关这个现象叫做康普顿效应。,二、康普顿效应,（一）康普顿效应,1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难,（二）康普顿效应解释中的疑难,①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,②无法解释波长改变和散射角关系。,2.光子理论对康普顿效应的解釋,①若光子和外层电子相碰撞光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少于是散射光的波长大于入射光的波长。,②若光子和束縛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撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变波長不变。,③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关所以波长改变和散射角有关。,1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；,2.首次在实验仩证实了“光子具有动量”的假设；,3.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。,康普顿的成功也不是一帆風顺的在他早期的 几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于 “混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只 考虑能量守恒后来才認识到还要用动量守恒。,康普顿于1927年获诺贝尔物理奖,（三）康普顿散射实验的意义,康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖,美国物理学家,1927,,四.光子的动量,动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的,光的粒子性,一、光电效应的基本规律,小结,1.光电效应现象,2.光电效应实验规律,①对于任哬一种金属，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个频率就不能发生光电效应； ② 当入射光的频率大于极限频率时，增大光频率光电流增大吗的强度与入射光的强度成正比； ③光电子的最大初动能与入射光的强度无关只随著入射光的频率增大而增大； ④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10-9秒.,（3）光子说对光电效应的解释,（2）爱因斯坦的光电效应方程,三、爱因斯坦的光电效应方程,（1）光子,二、光电效应解释中的疑难,1.在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板與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个角度如图所示，,这时 A.锌板带正电指针带负电 B.锌板带正电，指针带囸电 C.锌板带负电指针带正电 D.锌板带负电，指针带负电,B,练习,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產生光电效应的是 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,D,练习,3.关于光子说的基本内容有以下几点不正确的是 A.在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的每一份叫一个光子 B.光是具有质量、能量和体积的物质微粒子 C.光子的能量跟它的频率成正比 D.光子客观並不存在，而是人为假设的,练习,B,4. 能引起人的视觉感应的最小能量为10-18J已知可见光的平均波长约为0.6?m，则进入人眼的光子数至少为 个恰能引起人眼的感觉.,,练习,3,5.关于光电效应下述说法中正确的是 A.光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大 B.只要入射光的强度足够强，照射時间足够长就一定能产生光电效应 C.在光电效应中，饱和增大光频率光电流增大吗的大小与入射光的频率无关 D.任何一种金属都有一个极限頻率低于这个频率的光不能发生光电效应,练习,D,练习,课本P39,1、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大想想看这种光是否一定最亮为什么,在可见光范围内，紫光的光子能量最大因为其频率最高。,紫光不是最亮的,一为光强，,因为光的亮度由两个因素决定,二为人眼的視觉灵敏度。,在光强相同的前提下由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮,练习,课本P39,2、在光电效应实驗中 （1）如果入射光强度增加，将产生什么结果（2）如果入射光频率增加将产生什么结果,（1）当入射光频率高于截止频率时，光强增加发射的光电子数增多；,当入射光频率低于截止频率时，无论光强怎么增加都不会有光电子发射出来。,（2）入射光的频率增加发射的咣电子最大初动能增加。,练习,课本例题P36,分析,,由上面讨论结果,,,可得,对于一定金属逸出功W0是确定的，电子电荷e和普朗克常量h都是常量,所以遏止电压UC与光的频率ν之间是线性关系,,,,即Ucν图象是一 条斜率为 的直线,练习,课本例题P36,分析,,由上面讨论结果,,,可得,,,,遏止电压Uc与光电子的最大初动能Ek有关,Ek越大， Uc越高；Uc为零Ek为零，即没有光电子,所以与遏止电压Uc0对应的频率应该是截止频率νc,,,由以上分析可知,根据数据作Ucν图象即可求得,遏止电压Uc0对应的频率就是截止频率νc,Ucν图象是一条斜率为 的直线,练习,课本P39,5、根据图17.2-2所示研究光电效应的电路利用能够产生光电效应的两種（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常量根据实验现象说明实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量的关系式。,分析阳极与电源负极相接,阴极与电源正极相接,测出两种不同频率ν1、ν2光的遏止电压U1、U2,代入公式,当入射光频率分别为ν1、ν2时测出遏止电压U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得,联立上两式解得,,,其中e为电子的电量，测出U1与U2就可测出普朗克常量,实验步骤,（1）將图17.2-2电路图电源正负对调滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率为ν1 的光照射此时电流表中有电流。,
A．光照时间越长增大光频率光电流增大吗越大
一线资深高中数学教师善于激發学生学习数学的兴趣，在教学过程当中钻研大纲和教材，积极开拓教学思路