高中人教版 (新課標(biāo))2 科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性說(shuō)課課件ppt

這是一份高中人教版 (新課標(biāo))2 科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性說(shuō)課課件ppt，共27頁(yè)。PPT課件主要包含了課堂引入，觀察實(shí)驗(yàn)并思考，小組討論，光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，1存在飽和電流，最大的初動(dòng)能，U0時(shí)I≠0，因?yàn)殡娮佑谐跛俣?，a存在遏止電壓UC，Uc2等內(nèi)容，歡迎下載使用。
驗(yàn)電器為什么會(huì)帶電，帶的是什么電？
1.光電效應(yīng) 當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。
光電子定向移動(dòng)形成的電流叫光電流。
表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。
一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
光照不變，增大UAK，G表中電流達(dá)到某一值后不再增大，即達(dá)到飽和值。
因?yàn)楣庹諚l件一定時(shí)，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。
實(shí)驗(yàn)表明： 入射光越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。
：使光電流減小到零的反向電壓
+ + + + + +
一 一 一
加反向電壓，如右圖所示：
光電子作減速運(yùn)動(dòng)。若速率最大的記為vC
則I=0，式中UC為遏止電壓
(2)存在遏止電壓和截止頻率
實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光, 無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的. 光的頻率? 改變時(shí)，遏止電壓也會(huì)改變。
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光電子的最大初動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。
遏止電壓與光的頻率? 有關(guān)。
對(duì)于每種金屬，都有相應(yīng)確定的截止頻率?c （極限頻率）。
當(dāng)入射光頻率? > ?c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；
當(dāng)入射光頻率? < ?c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：即使入射光的強(qiáng)度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的截止頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。
更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間不超過(guò)10－9 s（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。
結(jié)論：光電效應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)完成。
光越強(qiáng)，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。
溫度不很高時(shí)，電子能否大量逸出金屬表面？
使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。
用經(jīng)典的波動(dòng)理論能否解釋光電效應(yīng)的三條結(jié)論？
由于受到金屬表面層內(nèi)的一種引力作用，電子要從金屬中掙脫出來(lái)，必須克服這個(gè)引力做功。
二.光電效應(yīng)解釋中的疑難
以上三個(gè)結(jié)論都與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾，所以無(wú)法用經(jīng)典的波動(dòng)理論來(lái)解釋光電效應(yīng)。
①光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。
②不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。
③如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10-9S。
實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,無(wú)論光的強(qiáng)弱如何,遏止電壓是一樣的.
光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為v的光的能量子為hν。這些能量子后來(lái)被稱為光子。
愛(ài)因斯坦從普朗克的能量子說(shuō)中得到了啟發(fā)，他提出：
二.愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)
2.愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程
——光電子最大初動(dòng)能
一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hν后，一部分能量用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，即：
使電子脫離某種金屬所做功的最小值
3.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋
(1)愛(ài)因斯坦方程表明，光電子的初動(dòng)能Ek與入射光的頻率成線性關(guān)系，與光強(qiáng)無(wú)關(guān)。只有當(dāng)hν>W0時(shí)，才有光電子逸出， 就是光電效應(yīng)的截止頻率。
(2)電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。
(3)光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子多，因而飽和電流大。
愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。
4.光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證
美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。
由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
愛(ài)因斯坦由于對(duì)光電效應(yīng)的理論解釋和對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
【典例1】在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)( )A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電
【典例2】.一束黃光照射某金屬表面時(shí)，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下列措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是( )A.延長(zhǎng)光照時(shí)間B.增大光束的強(qiáng)度C.換用紅光照射D.換用紫光照射
(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家
光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射
1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)λ0相同的射線外，還有波長(zhǎng)比λ0更大的成分。
1.經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難
根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將做受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。 如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光也應(yīng)該是X光！不會(huì)出現(xiàn)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的波。
四.康普頓效應(yīng)解釋中的疑難
2.光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋
(1)若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。
(2)若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。
光子與晶體中的電子碰撞時(shí)遵從那些規(guī)律？
1.有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；
2.首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；
3.證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。
康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。
康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。
五.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義
動(dòng)量能量是描述粒子的,頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的。
一、光電效應(yīng)的基本規(guī)律
(1)存在飽和電流
二、光電效應(yīng)解釋中的疑難
（3）光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋
（2）愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程
三、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程