172光的粒子性演示课件
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人教版高中物理选修3-5课件：17-2光的粒子性 (共70张PPT)
光电子多
，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成 正 比．
三、康普顿效应和光子的动量 1．光的散射 光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向
发生改变 的现象．
2．康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有波 长 更长 的成分．
3．康普顿效应的意义 康普顿效应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． 4．光子的动量 根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程 E＝mc2 和光子 说 ε＝hν，每个光子的质量是 hν 光子的动量是 p＝ c 或
3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的 能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决 定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的 总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数 的乘积．
4．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极， 回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于 一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件 下，饱和光电流与所加电压大小无关． 5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正 比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对 于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入 射光强度之间没有简单的正比关系．
要 点 导 学
要点一 正确理解光电效应中的五组概念
1.光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光 子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子， 其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．
2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表 面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量， 可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失 一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电 子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大 初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．
人教版物理(选修3-5)课件：17.2光的粒子性(40页)
二、爱因斯坦的光电效应方程 1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的， 而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量 子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν.
2．光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 hν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功，剩下的表现为逸 出后电子的初动能Ek.
)
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效 应 C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金 属的逸出功越小 D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的 光电子数就越多
解析 逸出功W＝hν0，ν0越大，W越大，故A选项正 确．每种金属都存在极限频率，小于极限频率的光照射时间再 长也不会发生光电效应，故B选项错误．由Ek＝hν－W知，在 光照频率不变的情况下，Ek越大，W越小，故C选项错误．单 位时间内逸出的光电子数与光强有关，D选项错误．
3．应用光电效应方程解释光电效应 (1)爱因斯坦光电效应方程表明，光电子的最大初动能Ek 与人射光的频率ν成线性关系，与光强无关．只有当hν>W0 W0 时，才有光电子逸出，νc＝ h 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，光电子几多，照射金属时产生的 光电子多，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成正比． 4．遏止电压Uc与频率ν、W0的关系 hν W0 由Ek＝eUc和Ek＝hν－W0联立得Uc＝ e － e .
教材拓展提升
欲穷千里目 更上一层楼
一、光电效应中应区分的概念 1．光子与光电子 光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电 子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，光子是光电效应 的因，光电子是果．
高中物理课件-17.2 光的粒子性 (共33张PPT)
4. 如图所示，当电键K断开时，用光子能量为 2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不 为零.合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压 表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零.当 电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为 零.由此可知阴极材料的逸出功为
A.1.9 eV B.0.6 eV
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
三.康普顿散射实验的意义
4.吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm) 为
入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
在同一散射角( j 1200 )测
量各种波长的散射光强度， 作了大量 X 射线散射实验。
△当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎 在照到金属时立即产生光电流。 △精确测量表明产生电流的时间不超过10－9 秒，即 光电效应几乎是瞬时的。
反馈练习：
1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵 敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一
个角度，如图所示，这时 ( B )
越大
子数越多，光电流越大
遏止电压只与频率有关， 遏止电压应与入射光的 不
而与强度无关。
强度有关。
符
存在截止频率γc 当入射光 频率低于截止频率，不能
如果光较弱，只要积累足 够长时间，电子获得足够
发生光电效应
能量就会形成光电子
不 符
光电效应具有瞬时性
能量的可以随时间积累
不 符
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。
实验结论2：
I
黄光（ 强）
17.2光的粒子性 (公开课)ppt课件
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。
10
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。
8
3.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 的 光是由大量能量为 =h 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W0，另一部分变为光电子逸出后
15
当堂训练
16
康普顿效应
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
1923年康普顿在做 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。
17
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。 21
四、吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm)
为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
在同一散射角( j 1200)测量
各种波长的散射光强度，作 了大量 X 射线散射实验。 对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
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。
10
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。
8
3.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 的 光是由大量能量为 =h 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W0，另一部分变为光电子逸出后
15
当堂训练
16
康普顿效应
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
1923年康普顿在做 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。
17
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。 21
四、吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm)
为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
在同一散射角( j 1200)测量
各种波长的散射光强度，作 了大量 X 射线散射实验。 对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
光的粒子性人教版高二年级物理课堂PPT学习
2.光电效应的实验规律
（2）存在遏止电压
K、A 间加反向电压，当电压达 到某一值 Uc时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。
二、光电效应的实验规律
2.光电效应的实验规律
（2）存在遏止电压
对一定颜色（频率）的光，无论 光的强弱如何，遏止电压都一样。 光的频率改变，遏止电压也改变。
结论：光电子的能量只与入射光的频率有关， 而与入射光的强弱无关。
爱因斯坦由于发现光电效应规律获1921年诺 贝尔物理学奖。
光子像其他粒子一样，也具有能量。 光电效应显示了光的粒子性。
四、爱因斯坦的光子说
4.光电效应方程的验证
Ek
α 0 ν0 -W0
斜率：tanα＝h 普朗克常量
ν 横轴截距：金属的截止频率νc
纵轴截距的绝对值：金属的逸出功W0
课堂小结
一、光电效应 二、光电效应的实验规律 三、光电效应解释中的疑难 四、爱因斯坦的光子说
二、光电效应的实验规律2Fra bibliotek光电效应的实验规律
（3）存在截止频率νc——极限频率
当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使 不施加反向电压也没有光电流，这表明已经 没有光电子了。νc称为截止频率或极限频率。 结论：对于每种金属材料，都相应的有一 确定的截止频率νc。
入射光频率ν>νc ，发生光电效应； 入射光频率ν <νc，不发生光电效应 。
（无论光强度多大）
二、光电效应的实验规律
2.光电效应的实验规律
（4）光电效应具有瞬时性
精确测量表明产生电流的时间不超过 10－9 s，即光电效应几乎是瞬时发生的。
三、光电效应解释中的疑难
经典电磁理论认为： ①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压Uc应该与光的
（2）存在遏止电压
K、A 间加反向电压，当电压达 到某一值 Uc时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。
二、光电效应的实验规律
2.光电效应的实验规律
（2）存在遏止电压
对一定颜色（频率）的光，无论 光的强弱如何，遏止电压都一样。 光的频率改变，遏止电压也改变。
结论：光电子的能量只与入射光的频率有关， 而与入射光的强弱无关。
爱因斯坦由于发现光电效应规律获1921年诺 贝尔物理学奖。
光子像其他粒子一样，也具有能量。 光电效应显示了光的粒子性。
四、爱因斯坦的光子说
4.光电效应方程的验证
Ek
α 0 ν0 -W0
斜率：tanα＝h 普朗克常量
ν 横轴截距：金属的截止频率νc
纵轴截距的绝对值：金属的逸出功W0
课堂小结
一、光电效应 二、光电效应的实验规律 三、光电效应解释中的疑难 四、爱因斯坦的光子说
二、光电效应的实验规律2Fra bibliotek光电效应的实验规律
（3）存在截止频率νc——极限频率
当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使 不施加反向电压也没有光电流，这表明已经 没有光电子了。νc称为截止频率或极限频率。 结论：对于每种金属材料，都相应的有一 确定的截止频率νc。
入射光频率ν>νc ，发生光电效应； 入射光频率ν <νc，不发生光电效应 。
（无论光强度多大）
二、光电效应的实验规律
2.光电效应的实验规律
（4）光电效应具有瞬时性
精确测量表明产生电流的时间不超过 10－9 s，即光电效应几乎是瞬时发生的。
三、光电效应解释中的疑难
经典电磁理论认为： ①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压Uc应该与光的
高中物理__17.2科学的转折：光的粒子性课件_新人教版选修3-5
2014-02-22
项城二高
五.康普顿效应
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年康普顿在做 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。
项城二高
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率 b.存在极限（截止）频率c
经研究后发现： 对于每种金属，都有确定
的极限频率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 < c时，无论光强 多大也无电子逸出金属表面。
2014-02-22
项城二高
一.光电效应的实验规律
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。
2014-02-22
项城二高
三.爱因斯坦的光量子假设
1.光子： 光本身就是由一个个不可分 割的能量子组成的，频率为ν 的光的能量子为hν。这些能 量子后来被称为光子。
爱因斯坦的光子说 爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到 了启发，他提出：
阴极
A
阳极
V
K
G
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。
2014-02-22
项城二高
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：使光电流减小到零的反向电压
U=0时，I≠0， 因为电子有初速度 A 加反向电压，如右图所示： 一 一 光电子所受电场力方向与光电子 一 速度方向相反，光电子作减速运 一 动。若
高中物理选修3-5课件1：17.2 光的粒子性
中学学科
第十七章 波粒二象性
2 光的粒子性
一、光电效应
1887年赫兹在做电磁波实验时发现了光电效应。 什么是光电效应
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。
光电效应实验
光线经石英窗照在阴极上时有电 子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。 当 A 加正向电压，电流增加，到 一定值时达到饱和。光线越强， 饱和光电流越大。
而经典理论认为有光线照射，电子就会吸收能量，时间 足够长，就可以产生光电流。有无光电效应和光的照射 时间有关，不应与频率有关。 只要频率高于0 ，既使光强很弱也有光电流；频率低于 0 ，无论光线再强也没有光电流。
3、光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需 时间<10-9s。
经典理论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zxx。k 瞬时光电子发射违背经典理论 的规律。
由相对论质速关系 m
m0
1 (v / c)2
有 m0 0
所以，光子的静止质量为零。
光子的能量就是动能。E mc2 h
由狭义相对论能量和动量的关系式 E2 p2c2 m02c4
光子的能量和动量的关系式为： E pc
光子的动量：
P
E c
mc
h
c
h
例：求波长为20 nm 紫外线光子的能量、动量及质量。
三、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、 偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效 应，康普顿效应。
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动
说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的
第十七章 波粒二象性
2 光的粒子性
一、光电效应
1887年赫兹在做电磁波实验时发现了光电效应。 什么是光电效应
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。
光电效应实验
光线经石英窗照在阴极上时有电 子逸出----光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。 当 A 加正向电压，电流增加，到 一定值时达到饱和。光线越强， 饱和光电流越大。
而经典理论认为有光线照射，电子就会吸收能量，时间 足够长，就可以产生光电流。有无光电效应和光的照射 时间有关，不应与频率有关。 只要频率高于0 ，既使光强很弱也有光电流；频率低于 0 ，无论光线再强也没有光电流。
3、光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需 时间<10-9s。
经典理论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zxx。k 瞬时光电子发射违背经典理论 的规律。
由相对论质速关系 m
m0
1 (v / c)2
有 m0 0
所以，光子的静止质量为零。
光子的能量就是动能。E mc2 h
由狭义相对论能量和动量的关系式 E2 p2c2 m02c4
光子的能量和动量的关系式为： E pc
光子的动量：
P
E c
mc
h
c
h
例：求波长为20 nm 紫外线光子的能量、动量及质量。
三、光的波粒二象性
光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、 偏振现象。
光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效 应，康普顿效应。
光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。
关于光的本性问题，我们不应该在微粒说和波动
说之间进行取舍，而应该把它们看作是光的本性的
172光的粒子性 ppt课件
量子后来被称为光子。
Eh
2020/12/27
15
四.爱因斯坦的光量子假设
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
电子一般情况下只吸收一个光子，获得的能量是hν，
这些能量一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下 的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：
hEk W0
或 Ek hW0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
21
五.康普顿效应
康普顿正在 测晶体对X 射线的散射
2020/12/27
22
五.康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管
晶体
2020/12/27
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪 23
六.康普顿效应解释中的疑难
1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
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。
4
实验演示
把擦得很亮的锌板连 接在验电器上，用紫 外线灯照射锌板，发 现验电器指针发生了 偏转。
说明什么现象？
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
2020/12/27
5
一.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。
2020/12/27
6
二.光电效应的实验规律
9
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：
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 改变时，遏止电压也 会改变。
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(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：
U=0时，I≠0，因为电子有初速度 加反向电压，如右图所示：
光电子所受电场力方向与光电子 速度方向相反，光电子作减速运
动。若 速率最大的是 vc
满足
1 2
me vc2
?
eU c
则I=0， 式中 UC为遏止电压
最大的初动能
7
(2)存在遏止电压和截止频率 a.存在遏止电压UC：
四.爱因斯坦的光量子假说
1.光子：
爱因斯坦 的光子说
光本身就是由一个个不可分 割的能量子组成的，频率为ν 的光的能量子为hν。这些能
量子后来被称为光子。
E ? h?
13
四.爱因斯坦的光量子假设
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
电子一般情况下只吸收一个光子 ，获得的能量是 hν，
这些能量一部分能量用来克服金属的逸出功 W0，剩下 的表现为逸出后电子的初动能 Ek，即：
2.康普顿效应
1923年康普顿在做 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。
19
五.康普顿效应
康普顿正在 测晶体对X 射线的散射
20
五.康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管
晶体
光阑
散射波长 ?
?0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质 )
X 射线谱仪 21
六.康普顿效应解释中的疑难
1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 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.光子理论对康普顿效应的解释
22
七.康普顿散射实验的意义
1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； 2.首次在实验上证实了“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。
①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电 压UC应与光的强弱有关。
②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。
③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， 这个时间远远大于 10－9s。
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。 12
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? 改变时，遏止电压也 会改变。
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。－－规律二
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(2)存在遏止电压和截止频率 b.存在截止频率
从实验中可以看出，当入射光的频率减小到某一数值ν C时，
即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子 了。 νC称为截止频率或极限频率。
当入射光频率 低于截止频率 时，无 论光强多大也无电子逸出金属表面。 即不能发生光电效应。－－规律三
9
(3)光电效应具有瞬时性
实验结果： 只要入射光频率大于被照金属的极限频 率，即使入射光的强度非常微弱，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”）。 －－规律四
爱因斯坦由于 对光电效 应的理论解释和对 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，证明电荷有最
小单位。 获得1923年诺贝尔
物理学奖
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五.康普顿效应
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
h? ? Ek ? W0
或 Ek ? h? ? W0
Ek
?
1 2
me vc2
——光电子最大初动能
W0 ——金属的逸出功
14
四.爱因斯坦的光量子假设
3.光子说对光电效应的解释
①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与
入射光的频率ν 成线性关系，与光强无关。只
Байду номын сангаас
C
有当hν＞W0时，才有光电子逸出， 光电效应的截止频率。
康普顿于 1927年获诺贝尔物理奖。
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七.康普顿散射实验的意义
4.吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作 . 1925 —1926 年，吴有训测试了多 种物质对 X射线的散射，证实了 康普顿效应的普遍性。
对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
10
三.经典理论解释光电效应中的疑难
1 .逸出功W0
温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到 金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出 来，必须克服这个引力做功。
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。
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三.光电效应解释中的疑难
2 .经典理论的疑难（波的能量是由振幅决定的）
光电子定向移 动形成的电流 叫光电流
5
二.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大 UAK，A表中电流达到某一值后不再 增大，即达到饱和值（ 饱和电流 ）。 在光照条件一定时，单位时间内 K发射的电子数目 是一定的。
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。－－ 规律一
?c
?
就W0是
h
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，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 属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
15
四.爱因斯坦的光量子假设
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。
光的粒子性
1
问题：光究竟是什么？
2
实验演示
把擦得很亮的锌板连 接在验电器上，用紫 外线灯照射锌板，发 现验电器指针发生了 偏转。
说明什么现象？
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
3
一.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。
4
二.光电效应的实验规律
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。
16
思考与讨论
因为 E K
?
1 2
me vc2
?
eU c
代入Ek ? h? ? W0可得
h? ? W0 ? eU c
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(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：
U=0时，I≠0，因为电子有初速度 加反向电压，如右图所示：
光电子所受电场力方向与光电子 速度方向相反，光电子作减速运
动。若 速率最大的是 vc
满足
1 2
me vc2
?
eU c
则I=0， 式中 UC为遏止电压
最大的初动能
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(2)存在遏止电压和截止频率 a.存在遏止电压UC：
四.爱因斯坦的光量子假说
1.光子：
爱因斯坦 的光子说
光本身就是由一个个不可分 割的能量子组成的，频率为ν 的光的能量子为hν。这些能
量子后来被称为光子。
E ? h?
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四.爱因斯坦的光量子假设
1.光子：
2.爱因斯坦的光电效应方程
电子一般情况下只吸收一个光子 ，获得的能量是 hν，
这些能量一部分能量用来克服金属的逸出功 W0，剩下 的表现为逸出后电子的初动能 Ek，即：
2.康普顿效应
1923年康普顿在做 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。
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五.康普顿效应
康普顿正在 测晶体对X 射线的散射
20
五.康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管
晶体
光阑
散射波长 ?
?0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质 )
X 射线谱仪 21
六.康普顿效应解释中的疑难
1.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 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.光子理论对康普顿效应的解释
22
七.康普顿散射实验的意义
1.有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； 2.首次在实验上证实了“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。
①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电 压UC应与光的强弱有关。
②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。
③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， 这个时间远远大于 10－9s。
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。 12
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? 改变时，遏止电压也 会改变。
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。－－规律二
8
(2)存在遏止电压和截止频率 b.存在截止频率
从实验中可以看出，当入射光的频率减小到某一数值ν C时，
即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有光电子 了。 νC称为截止频率或极限频率。
当入射光频率 低于截止频率 时，无 论光强多大也无电子逸出金属表面。 即不能发生光电效应。－－规律三
9
(3)光电效应具有瞬时性
实验结果： 只要入射光频率大于被照金属的极限频 率，即使入射光的强度非常微弱，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”）。 －－规律四
爱因斯坦由于 对光电效 应的理论解释和对 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，证明电荷有最
小单位。 获得1923年诺贝尔
物理学奖
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五.康普顿效应
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
h? ? Ek ? W0
或 Ek ? h? ? W0
Ek
?
1 2
me vc2
——光电子最大初动能
W0 ——金属的逸出功
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四.爱因斯坦的光量子假设
3.光子说对光电效应的解释
①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与
入射光的频率ν 成线性关系，与光强无关。只
Байду номын сангаас
C
有当hν＞W0时，才有光电子逸出， 光电效应的截止频率。
康普顿于 1927年获诺贝尔物理奖。
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七.康普顿散射实验的意义
4.吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作 . 1925 —1926 年，吴有训测试了多 种物质对 X射线的散射，证实了 康普顿效应的普遍性。
对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
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三.经典理论解释光电效应中的疑难
1 .逸出功W0
温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到 金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出 来，必须克服这个引力做功。
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。
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三.光电效应解释中的疑难
2 .经典理论的疑难（波的能量是由振幅决定的）
光电子定向移 动形成的电流 叫光电流
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二.光电效应的实验规律
（1）存在饱和电流
光照不变，增大 UAK，A表中电流达到某一值后不再 增大，即达到饱和值（ 饱和电流 ）。 在光照条件一定时，单位时间内 K发射的电子数目 是一定的。
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。－－ 规律一
?c
?
就W0是
h
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，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 属时产生的光电子多，因而饱和电流大。
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四.爱因斯坦的光量子假设
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。
光的粒子性
1
问题：光究竟是什么？
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实验演示
把擦得很亮的锌板连 接在验电器上，用紫 外线灯照射锌板，发 现验电器指针发生了 偏转。
说明什么现象？
表明锌板在射线照射下失去电子而带正电
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一.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。
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二.光电效应的实验规律
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。
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思考与讨论
因为 E K
?
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me vc2
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eU c
代入Ek ? h? ? W0可得
h? ? W0 ? eU c
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