伟大的转折：光的粒子性.ppt

科学的转折：,富阳中学 汪燕青,光的粒子性,光电效应实验规律的研究,用经典光的电磁理论解释实验规律,难以解决的矛盾,爱因斯坦光量子的假设,数学推理（光电效应方程）,与实验事实的对照（密立根实验）,提出课题：光到底是什么？,（从最初的微粒说到波动说的发展历程介绍）,赫 兹 Heinrich Rudolf Hertz (18571894),19世纪末，光的电磁说使光的波动理论发展到了相当完美的地步,光电效应,但是这时又出现了用波动说无法解释的新现象,实验研究,用紫外线灯照射锌板，观察指针的变化。这个实验说明了什么问题？,在光(包括不可见光)的照射下物体发射出电子的现象叫做光电效应。,光电效应,光电子：在光的照射下从物体表面发射出来的电子。,你在研究过程中，如果从控制变量方向入手展开研究，切入点可选在何处？,入射光的强度 入射光的频率 金属板的材料 照射时间长短 ,光电效应的实验规律,可以用光电管进行替代性实验。,结合电场力做功原理、光电效应的概念说明实验电路的工作原理。,光电效应的实验规律,存在着饱和电流,入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。,光电效应的实验规律,存在着遏止电压和截止频率,当入射光的频率减小到某一数值时，即使不加反向电压也没有光电流。这表明：入射光的频率低于截止频率时，不能发生光电效应。,光的频率改变时，遏止电压也会改变。这表明：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。,光电效应的实验规律,光电效应具有瞬时性,光电效应具有瞬时性，从光照射到金属表面到 发射出光电子，时间不超过10-9秒。,逸出功W : 某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一样，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。,光电效应解释中的疑难,* 经典理论认为光强越大，光电子的初动能也该大。但实验上得出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。,* 只要频率高于红限，既使光强很弱也有光电流； 频率低于红限时，无论光强再大也没有光电流。 而经典认为有无光电效应不应与频率有关。,* 瞬时性。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。,疑难何在？,众多的疑难呼唤着新的思想、新的观念、新的理论。,普朗克 普朗克 Max karl Ernst Ludwig Planck （年月日年月日）,量子论：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量叫做能量子。,普朗克常量：h=6.63×10-34J.s,爱因斯坦( Albert Einstein, 18791955 ),爱因斯坦的光电效应方程,1)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。,2)频率为的光的能量子为h， 每个光子的能量跟光的频率成正比,爱因斯坦的光子说,爱因斯坦光电效应方程： EKm=h-W,0 =W/ h,光电子的最大初动能EK与入射光的频率有关，而与光的强弱无关。只有当hW0时，才有光电子逸出。 就是截止频率。,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产生的。,光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大。,用光子说解释光电效应现象,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。就连量子物理创始人普朗克也认为太过分了。他在1907年给 爱因斯坦的信中写到：,“我为基本量子（光量子）所寻找的不是它在真空中的意义，而是它在吸收和发射地方的意义，并且我认为真空中过程已由麦克斯韦方程作了精辟的描述”。直到1913年他还对光子说持否定态度。,思考与讨论：,密立根实验：,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，这种现象叫做光的散射。,康普顿效应：研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长0相同的成分外，还有波长大于0的成分，这种现象叫做康普顿效应。,用经典理论解释：,受迫振动的频率应该相同。,用光子模型解释：,中国留学生吴有训（1897-1977）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。,光电效应：表明光子具有能量。E=h 康普顿效应：表明光子具有能量外，还具有动量。,动量p： p=mv,光子能量和动量为,上两式左边是描写粒子性的 、P；,右边是描写波动性的 、。,