17.2光的粒子性20120411

第十七章 波粒二象性
第二节17.2光光的的粒粒子子性性
——科学的转折
丰县欢口中学 高二物理组 2010/5/24
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
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
惠更斯
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
2.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。
3.光电效应具有瞬时性。而经典认为光能 量分布在波面上，吸收能量要时间，即需 能量的积累过程。
三.爱因斯坦的光量子假设
表面逸出，所以不需时间的累积。
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系
4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得极极限频率：
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“光电效 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。
G 更精确的研究推知，光电子发 射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电 子的瞬时发射”）。
光电效应在极短的时间内完成
二.经典理论解释光电效应的疑难
1. 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。

实验步骤：
（1）将图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。 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U1。
（2）用频率为ν2的光照射，重复（1）的操作，记 下伏特表的示数U2。
若入射光强度一定时，入射光的光子数便取决于光子 的能量了，根据光子说可知E=hν，频率越大的光 子数就少，饱和光电流便小了，所以在光强一定时， 入射光的频率越大，则饱和电流越小.
五、光电效应方程的图像：
1、外加电压和光电流的关系（同种金属）
I
黄光（强）
蓝光
黄光（弱）
U c1 Uc2
O
U
光的强弱影响饱和电流 光的频率影响遏制电压
【课堂练习】 例3、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？ 答案： 在可见光范围内，紫光的光子能量最大， 因为其频率最高，但紫光不是最亮的。 光的亮度由两个因素决定，一为光强， 二为人眼的视觉灵敏度。 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。
阴极
A
阳极
K
G
V
思考2：如何才能使电流为0？
2、存在遏止电压Uc （反向截止电压）
当A接负极，K接正极 时，控制入射光的强度一 定，使UKA从0开始增大， 观察到电流表的示数逐渐 减小到0。 电流刚减小到0时对应 的UKA叫做遏止电压Uc。
阴极
A
阳极
K
G
V
对存在遏止电压的解释：
加上反向电压后，电 子受到的电场力方向与运 A 动方向相反，电子减速。 一 如果反向电压足够大， 一 电子将无法达到A板。临界 一 的电压值即为遏止电压Uc。 一

遏I
止
黄光（强）
电
压 蓝光
黄光（弱）
结论：①对于同 一颜色(频率)的 光，遏止电压相 同，与光的强度 无关。② 入射 光的频率 变大 遏止电压变大， 反之亦然。
Ub Ua O
U
3.存在截止频率（极限频率）
(1)截止频率：刚好能发生光电效应时入射光的频率。
(2)当入射光的频率低锌于板截止频紫外率线时不能 发生光电效应。 (3)不同金属的截止频率不同。
）
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具有同样的初动 能 B．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所做的功 C．逸出功W0和极限频率νc之间应满足关系式 W0= hνc D．光电子的最大初动能和入射光的频率成正 比
5.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，
光越强，光电子的初动能应 遏止电压与光的强度无关，只与光
该越大，所以遏止电压UC应 与光的强弱有关
的频率有关
矛盾
。且V增大Uc增大。
不管光的频率如何，只要光 当入射光的频率低于截止频率
足够强，电子都可获得足够 能量从而逸出表面，不应存
矛盾时，不能发生光电效应
在截止频率。
如果光很弱，按经典电磁理
入射光照到金属上时，光电子
（
B）
A．当用频率低于νc的单色光照射该金属时，一定 能产生光电子
B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产 生的光电子的最大初动能为hνc C．在照射光的频率ν大于νc的条件下，若ν增大， 则逸出功W0也随之增大 D．在照射光的频率ν大于νc的条件下，若ν增大 一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
(B )
A.锌板带正电，指针带负电 B.锌板带正电，指针带正电 C.锌板带负电，指针带正电 D.锌板带负电，指针带负电

D.用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等
四、康普顿效应 光的散射：光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方
向发生改变现象
白天的天空各处都是亮的
光的散射示意图
①康普顿效应：光的散射中，除与入射波长λ0相同的成分外， 还有波长大于λ0的成分 ②康普顿效应意义：表明光子除了具有能量之外，还具有动 量，深入揭示了光的粒子性的一面
二、光电效应的实验规律
①瞬时性:从光照射到产生光电流的时间不超过10－9 s
②存在饱和电流:
(1)光强不变，增大 UAK，G 表 中电流达到某一值后不再增大 ，即达到饱和值 (2)入射光频率不变，入射光越 强，饱和电流越大
光电管 A
K
光电流
阳极 阴极 G V
正向电压
光电效应的实验装置
③存在截止频率νc:入射光强弱无关，当入射光的频率低于截 止频率时不能发生光电效应
v ②纵轴上的截距是__逸__出__功__的__负__值_____。 截止频率vc ③斜率是___普__朗__克__常__量___ 。
例2 (多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应．从钛表
面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图．则下
列说法正确的是( ABD )
A. 钛的逸出功为6.67×1019J
(1) 图甲中电极A为光电管的__阳__极___(填“阴极”或“阳极”)；
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则
铷的截止频 率νc＝5_._1_5__×__1_0__1_4____Hz，逸出功W0＝3._4__1_×__1__0_-_1_9____J；
(3) 如果实验中入射光的频率 ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电