關于光的粒子性新課第1頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。。一、光電效應現象表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電第2頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三2.光電效應實驗規律（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。因為光照條件一定時，K發射的電子數目一定。實驗表明：對于一定顏色的光，入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發射的光電子數越多。陽極陰極第3頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三：使光電流減小到零的反向電壓－++++++一一一一一一v加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若最大的初動能U=0時，I≠0，因為電子有初速度則I=0，式中UC為遏止電壓(2)存在遏止電壓和截止頻率存在遏止電壓UCEEUFKA第4頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三IIsUaOU黃光（強）黃光（弱）光電流與電壓的關系遏止電壓飽和電流一.光電效應的實驗規律藍光Ub(2)存在遏止電壓和截止頻率實驗表明，對于一定顏色（頻率）的光，無論光強如可，遏止電壓都是一樣的，光的頻率改變時，遏止電壓也會變。這表明，光電子的能量只與入射光的顏色（頻率）有關，而與入射光的強弱無關。第5頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三實驗結果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間不超過10－9秒（這個現象一般稱作“光電子的瞬時發射”）。光電效應在極短的時間內完成一.光電效應的實驗規律(3)具有瞬時性陽極陰極第6頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三勒納德等人通過實驗得出以下結論：①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發生光電效應，低于這個頻率就不能發生光電效應；②當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；③光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；④入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒.

一.光電效應的實驗規律總結第7頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。逸出功W0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。光越強，逸出的電子數越多，光電流也就越大。①光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關。②不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。③如果光很弱，按經典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于10S。-9√實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。二.光電效應解釋中的疑難第8頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三1.光子：光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。愛因斯坦的光子說愛因斯坦從普朗克的能量子說中得到了啟發，他提出：三.愛因斯坦的光量子假設第9頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三2.愛因斯坦的光電效應方程1.光子：或——光電子最大初動能

——金屬的逸出功

W0一個電子吸收一個光子的能量hν后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的初動能Ek，即：三.愛因斯坦的光量子假設第10頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三3.光子說對光電效應的解釋①愛因斯坦方程表明，光電子的初動能Ek與入射光的頻率成線性關系，與光強無關。只有當hν>W0時，才有光電子逸出，就是光電效應的截止頻率。②電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間，光電流自然幾乎是瞬時發生的。③光強較大時，包含的光子數較多，照射金屬時產生的光電子多，因而飽和電流大。三.愛因斯坦的光量子假設第11頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規律,榮獲1921年諾貝爾物理學獎。愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。4.光電效應理論的驗證美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦方程，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。三.愛因斯坦的光量子假設第12頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三愛因斯坦由于對光電效應的理論解釋和對理論物理學的貢獻獲得1921年諾貝爾物理學獎密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。第13頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三放大器控制機構可以用于自動控制，自動計數、自動報警、自動跟蹤等。四.光電效應在近代技術中的應用1.光控繼電器可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。2.光電倍增管第14頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三應用光電管光電源電流計IAK第15頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三

康普頓效應第2課時17.1科學的轉折：光的粒子性第16頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三1.光的散射光在介質中與物質微粒相互作用,因而傳播方向發生改變,這種現象叫做光的散射2.康普頓效應

1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發現散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長和散射物質都無關。一.康普頓效應第17頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三3.康普頓散射的實驗裝置與規律：晶體光闌X射線管探測器X射線譜儀石墨體(散射物質)j0散射波長一.康普頓效應第18頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三康普頓正在測晶體對X射線的散射

按經典電磁理論：

如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！一.康普頓效應第19頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三康普頓散射曲線的特點：a.除原波長0外出現了移向長波方向的新的散射波長。b.新波長隨散射角的增大而增大。

散射中出現≠0的現象，稱為康普頓散射。波長的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長.......0一.康普頓效應第20頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三稱為電子的Compton波長只有當入射波長0與c可比擬時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。波長的偏移只與散射角有關，而與散射物質種類及入射的X射線的波長0無關，c=0.0241?=2.4110-3nm（實驗值）一.康普頓效應第21頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三1.經典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難二.康普頓效應解釋中的疑難①根據經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發射的散射光頻率應等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角關系。第22頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三2.光子理論對康普頓效應的解釋二.康普頓效應解釋中的疑難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，于是散射光的波長大于入射光的波長。

②若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。

③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。第23頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三1.有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；2.首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；3.證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動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順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。三.康普頓散射實驗的意義第24頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三康普頓效應康普頓效應康普頓,1927年獲諾貝爾物理學獎(1892-1962)美國物理學家第25頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質，4.吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年,參加了發現康普頓效應的研究工作.對證實康普頓效應作出了重要貢獻。在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。（1897-1977）吳有訓三.康普頓散射實驗的意義第26頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三四.光子的動量第27頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三動量能量是描述粒子的,頻率和波長則是用來描述波的第28頁，講稿共31頁，2023年5月2日，星期三光的粒子性一、光電效應的基本規律小結1.光電效應現象2.光電效應實驗規律①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發生光電效應，低于這個頻率就不能發生光電效應；②當入射光的頻率大于極限頻率時