第二节__光的粒子性(整理)

17．2 科学的转折：光的粒子性（一）知识巩固：1．光电效应概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。

发射出来的电子叫做光电子。

2．光电效应的实验规律（1）光电效应实验光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出，光电子在电场作用下形成光电流。

概念：遏止电压将开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。

当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。

U c 称遏止电压。

根据动能定理，有 （2）光电效应实验规律① 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。

② 截止频率νc ----极限频率对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc 。

当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

③ 光电效应是瞬时的。

从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s 。

3．光电效应解释中的疑难经典理论无法解释光电效应的实验结果。

为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。

4．爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h ν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。

也就是说，频率为ν 的光是由大量能量为 E =h ν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。

（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W 0，另一部分变为光电子逸出后的动能 E k 。

由能量守恒可得出：（3）爱因斯坦对光电效应的解释：①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。

②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，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，可得极限频率：hW c 0=ν 5．康普顿效应221c e v m c eU =0W E h k +=ν（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。

第2节科学的转折：光的粒子性P32科学方法和科学态度的教育：历史上，关于光的本性有两种学说↓干涉衍射现象证明了波动说↓麦克斯韦理论使波动说近乎完美↓波动说无法解释光电效应↓重新指出光的粒子性（标题中“转折”的含义）P32下面一段：赫兹最早观察到了（但没有意识到）……后来又有其他人……重大科学发现总有前兆――万有引力定律、相对论也是如此P32光电效应的定量研究17.2-2，图17.2-3饱和电压遏止电压和截止频率瞬时性P34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 光弱时电子逸出应需很长时间P35爱因斯坦光电效应方程0k W h E -=ν密立根的精密测量直接证实这个方程P36思考与讨论0k W h E -=ν 给出了光电子的最大初动能E k 与入射光的频率ν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U c 。

怎样改写此式以得到U c 与ν、W 0的关系？提示：明确物理图景，E k = eU cP36例题：密立根……测量金属的遏止电压U c 与入射光频率ν，由此算出普朗克常数h ……下表是某金属的U c 和ν的几组数据。

试作出U c -ν图象并通过图象求出： （1）这种金属的截止频率； （2）普朗克常量。

解题的核心是由 光电效应方程0k W h E -=ν结合 动能与静电力做功的关系E k = eU c写出 学生熟悉的形式U c =e h ν − eW0 （蓝字――两个变量）由图象求参数的方法：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）……P38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假设 光子不仅具有能量，而且具有动量；用动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。

定性解释不算完美！能量：E = h · ν 动量：p = h / λP39第5题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种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗克常数？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数的关系式。

第二节光的粒子性一、学习目标1．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。

3．了解康普顿效应，了解光子的动量二、自主学习1、光电效应现象光电效应：在光的照射下物体发射的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做。

说明：(1)光电效应的实质是现象转化为现象。

(2)定义中的光包括可见光和不可见光。

2、光电效应实验规律（1）．遏止电压：使光电流电压U。

称为遏止电压。

（2）．截止频率：能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。

注意：不同的金属对应着的极限频率。

（3）．逸出功：电子从金属中逸出所需做功的值，叫做该金属的逸出功。

（4）光电效应是瞬时的。

从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。

3、爱因斯坦光电效应方程（1）．光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量E=hν。

（2）．光电效应方程：E k为，Wo为。

4、康普顿效应（1）．光的散射：由于光在介质中与物质微粒的相互作用，使发生改变的现象，叫做光的散射。

（2）．康普顿效应：在光的散射中，除有与入射波长λ0相同的成分外，达有波长于λ。

的成分，这个现象称为康普顿效应。

注意：①在光的散射中，光于不仅具有能量，也具有，在与其他微粒作用过程中遵守能量守恒和动量守恒。

②光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性。

（3）；光子的动量：5、光子的动量根据狭义相对论可知：E= ，m= 。

光子的能量E= ，动量的定义p=mc= = 。

根据波长频率和波速关系公式c/v=λ，所以说量子的动量为p= 。

式中h为普朗克常数，λ为光波的波长三、要点分析拓展点一：光电效应规律的理解1．光电效应规律(1)任何—种金属都有一个截止频率或极限频率ν。

，入射光的频率大于ν。

才能发生光电效应。

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度关，只随入射光频率的增大而。

(3)光电效应的发生是瞬时的，不超过。

选修3-5第十七章第二节光的粒子性一、教学目标（一）知识与技能1．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。

（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。

（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

二、教学重点难点重点：光电效应的实验规律难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义三、教学过程（一）导入新课【教师讲解】光究竟是什么？让我们再次回顾历史上对光的本性之争。

最初，牛顿认为光是一种微粒，惠更斯认为是一种波，二者都各自能解释一些现象，由于牛顿在学术界的地位，而波动说又缺少有力的实验事实，人们倾向于光是一种粒子的看法。

直到发现了光的干涉、衍射这一波特有的现象之后，人们才开始从波的角度研究光。

麦克斯韦提出光是一种电磁波，并建立了完善的电磁场理论，光的波动理论似乎很完美了。

既然如此，为什么本节又要谈论“光的粒子性”呢？让我们先做一个实验。

实验演示：（参见教材图17.2-1）教师介绍实验器材，并说明由于实验室没有锌板，用光电管代替，然后演示，引导学生观察电流表的指针偏转情况。

（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为 30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。

学生：认真观察实验。

启发猜想：为什么用紫外线照射锌板会引发验电器的指针偏转？（学生会提出多种猜想）引导分析：锌板本身是电中性的，现在它带了正电，说明在紫外线的照射下锌板中的自由电子跑了。

【教师提问】为什么在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来呢？引导分析：让学生结合以前的知识回想电子在核外运动的运动情况；光波是一种电磁波，它要形成电场，电子处在电场中要受到电场力的作用。

启发猜想：改用其他的光（比如红光）来照射会不会照射出电子？或用其他的材料做实验会不会照射出电子？学生根据已有的知识，猜想一定会发生与刚才相同的现象，然而这是做实验却没有电子跑出来。

光的粒子性质知识点总结光，这个我们日常生活中无处不在的现象，既神秘又熟悉。

在物理学的研究中，光具有波粒二象性，而其中的粒子性质是我们理解光的重要方面。

首先，我们来谈谈光的粒子被称为光子。

光子是一种没有静止质量的粒子，它以光速运动。

这一特性使得光子在真空中的传播速度始终保持不变，大约为 3×10^8 米每秒。

光的粒子性的一个重要表现是光电效应。

当光照射到某些金属表面时，会有电子从金属表面逸出。

这个现象无法用经典的电磁波理论来解释。

按照经典理论，光的强度越大，电子获得的能量就应该越多，逸出的电子动能也就越大。

但实际情况是，当光的频率低于某个特定值时，无论光的强度多大，都不会有电子逸出。

只有当光的频率高于这个特定值时，才会发生光电效应，而且逸出电子的动能与光的频率有关，而与光的强度无关。

爱因斯坦提出了光子学说来解释光电效应。

他认为，光是由一个个光子组成的，每个光子的能量与光的频率成正比，即 E ＝hν，其中 E是光子的能量，h 是普朗克常数，ν 是光的频率。

当光子照射到金属表面时，它的能量被金属中的电子吸收。

如果光子的能量足够大，能够克服金属表面对电子的束缚能，电子就会逸出金属表面，成为光电子。

光的粒子性还表现在康普顿效应中。

当 X 射线或伽马射线与物质相互作用时，会发生散射现象。

在散射过程中，光子与原子中的电子发生碰撞，光子的能量和动量会发生改变，从而导致散射光的波长发生变化。

这个现象进一步证明了光具有粒子性，因为只有粒子在碰撞中才会发生能量和动量的转移。

在一些微观过程中，光的粒子性也起着关键作用。

例如，在原子的能级跃迁中，原子吸收或发射特定频率的光子，实现能级的跃迁。

当原子从高能级跃迁到低能级时，会发射出光子；而从低能级跃迁到高能级时，则会吸收光子。

此外，光的粒子性在现代科技中有着广泛的应用。

例如，在激光技术中，利用了光子的能量和相干性，使得激光具有高强度、高方向性和高单色性等特点。

激光在医疗、通信、材料加工等领域都发挥着重要作用。

高中物理| 17.2光的粒子性详解波粒二象性——光的粒子性1光电效应现象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。

逸出的电子称为光电子。

光电子定向移动形成的电流叫光电流。

1光电效应的实验规律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，单位时间内发射的光电子数越多。

2. 存在遏止电压和截止频率U = 0 时，I ≠ 0，因为电子有初速度,加反向电压，如图所示：光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子做减速运动。

若,则I=0，式中Uc 为遏止电压。

遏止电压Uc ：使光电流减小到零的反向电压光电效应伏安特性曲线实验表明：对于一定颜色(频率)的光, 无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。

光的频率ν 改变时，遏止电压也会改变。

光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。

截止频率：对于每种金属，都有相应确定的截止频率νc 。

当入射光频率ν > νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν < νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

3. 具有瞬时性实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。

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”)。

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，入射光越强，饱和电流越大；③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。

逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。

17.2 光的粒子性学习目标1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。

2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义。

3．了解康普顿效应及其意义。

重点：1．掌握光强、遏止电压、截止频率、逸出功及其最大初动能的概念。

2．能够用爱因斯坦的光电效应方程解释光电效应现象及其实验规律。

难点：1．对能量子、光强、逸出功、最大初动能的理解。

2．光电效应方程的应用。

知识点一、光电效应1．光电效应现象：如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电。

实验装置：用弧光灯照射擦得很亮的锌板，（注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30 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。

2．概念：照射到金属表面的光（包括不可见光），能使金属中的电子从表面逸出的现象。

如图所示。

光电子：光电效应中发射出来的电子叫做光电子。

3．光电效应的实验装置：阴极K 和阳极A 是密封在真空玻璃管中的两个电极，K 在受到光照时能够发射光电子。

电源加在K 与A 之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调。

光电子在电场作用下形成光电流。

1【题1】利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A 端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B 端滑动时，电流表示数可能不变【答案】D【解析】因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A错误。

因不知阴极K 的截止频率，所以用红光照射时，不一定发生光电效应，所以选项B 错误。

即使U AK＝0，电流表中也有电流，所以选项C 错误。

当滑动触头向B 端滑动时，U AK 增大，阳极A 吸收光电子的能力增强，光电流会增大，当所有光电子都到达阳极A 时，电流达到最大，即饱和电流。