高中物理选修3-5:17.2-光的粒子性.pptx
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1、17.2 光的粒子性一、光的波动性一、光的波动性 光是电磁波光是电磁波理论证明:麦克斯韦的经典电磁场理论理论证明:麦克斯韦的经典电磁场理论实验验证:赫兹的电火花实验,发现电磁波的实验验证:赫兹的电火花实验,发现电磁波的速度和光速相同。速度和光速相同。其它实验证据:其它实验证据:1、光的干涉:托马斯、光的干涉:托马斯杨杨 2、光的衍射:菲涅尔、光的衍射:菲涅尔3、光的偏振:马吕斯、光的偏振:马吕斯演示演示二、光电效应现象二、光电效应现象 用弧光灯照射擦得很亮的锌板,用导线与不带用弧光灯照射擦得很亮的锌板,用导线与不带电的验电器相连,使验电器张角增大到约为电的验电器相连,使验电器张角增大到约为30
2、度。度。再用与丝绸磨擦过的玻璃去靠近锌板,则验电再用与丝绸磨擦过的玻璃去靠近锌板,则验电器的指针张角会变大。器的指针张角会变大。结论:结论:锌板在射线照射下失去电子而带正电锌板在射线照射下失去电子而带正电。光电效应:光电效应:当光线照射在金属表面时,金属中有电当光线照射在金属表面时,金属中有电子逸出的现象,称为子逸出的现象,称为光电效应光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电子定向移动形成的电流叫光电流光电流。三、实验研究光电效应的规律三、实验研究光电效应的规律1、存在饱和电流存在饱和电流 当当A接正极,接正极,K接负极接负极时,控制入射光的强度一时,
3、控制入射光的强度一定,使定,使UAK从从0开始增大,开始增大,观察到电流表的示数一开观察到电流表的示数一开始增大,到某一数值后就始增大,到某一数值后就不再增大。不再增大。这个最大电流就叫做这个最大电流就叫做饱和电流饱和电流。A阳极阳极阴极阴极+-对存在饱和电流的解释:对存在饱和电流的解释:K板逸出的电子向各板逸出的电子向各个方向运动,如果不加电个方向运动,如果不加电压,很多电子无法到达压,很多电子无法到达A板,无法形成较大电流。板,无法形成较大电流。加上电压后,越来越加上电压后,越来越多的电子到达多的电子到达A板,电流板,电流越来越大。越来越大。但是,如果所有电子但是,如果所有电子都达到了都达
4、到了A板,继续增大板,继续增大电压,就无法再增大电流。电压,就无法再增大电流。A阳极阳极阴极阴极+-思考思考1:如果:如果AK之间不加电压,电流是否为之间不加电压,电流是否为0?思考思考2:如何才能使电流为:如何才能使电流为0?2、存在遏止电压存在遏止电压Uc(反向截止电压)(反向截止电压)当当A接负极,接负极,K接正极接正极时,控制入射光的强度一时,控制入射光的强度一定,使定,使UKA从从0开始增大,开始增大,观察到电流表的示数逐渐观察到电流表的示数逐渐减小到减小到0。电流刚减小到电流刚减小到0时对应时对应的的UKA叫做遏止电压叫做遏止电压Uc。A阳极阳极阴极阴极 -+对存在遏止电压的解释:
5、对存在遏止电压的解释:加上反向电压后,电加上反向电压后,电子受到的电场力方向与运子受到的电场力方向与运动方向相反,电子减速。动方向相反,电子减速。如果反向电压足够大,如果反向电压足够大,电子将无法达到电子将无法达到A板。临界板。临界的电压值即为遏止电压的电压值即为遏止电压Uc。其中,其中,vc是所有光电子的最大初速度,是所有光电子的最大初速度,是光电子的最大初动能。是光电子的最大初动能。+一一 一一 一一 一一 一一 一一EEFvUKA IUc2OU黄光(黄光(强)强)黄光(黄光(弱)弱)实验测得的光电效应曲线实验测得的光电效应曲线蓝光蓝光Uc1遏遏止止电电压压饱和电流饱和电流Is3、存在截止
6、频率存在截止频率c 当入射光的频率减小当入射光的频率减小到某一数值到某一数值c时,无论光时,无论光的强度多大,加上怎样的的强度多大,加上怎样的电压,都不会有光电流。电压,都不会有光电流。这个临界频率叫做截这个临界频率叫做截止频率止频率c。A阳极阳极阴极阴极 -+4、光电效应的瞬时性光电效应的瞬时性 当入射光的频率超过截止频率时,无论光当入射光的频率超过截止频率时,无论光如何微弱,几乎在瞬间就会产生光电流。时如何微弱,几乎在瞬间就会产生光电流。时间间隔不超过间间隔不超过10-9s。经典的理论无法解释光电效应中的一些现象:经典的理论无法解释光电效应中的一些现象:推论推论1:光越强,光电子的初动能应
7、该越大,所以遏光越强,光电子的初动能应该越大,所以遏止电压止电压Uc应与光的强弱有关。应与光的强弱有关。实验结果:遏止电压只与光的频率有关。对于一定颜实验结果:遏止电压只与光的频率有关。对于一定颜色(频率)的光色(频率)的光,无论光的强弱如何,遏止电压是无论光的强弱如何,遏止电压是一样的。一样的。推论推论2:不管光的频率如何,只要光足够强,电子都: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。可获得足够能量从而逸出表面,不应存在截止频率。实验结果:对于不同的物体,都有相应的截止频率。实验结果:对于不同的物体,都有相应的截止频率。推论推论3:如果光很弱,电子
8、需要很长时间才能获得逸:如果光很弱,电子需要很长时间才能获得逸出表面需要的能量。出表面需要的能量。实验结果:时间小于实验结果:时间小于10-9s四、爱因斯坦的光电效应方程四、爱因斯坦的光电效应方程1、光子、光子:光本身就是由一个个不可分割的能量子组:光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,频率为成的,频率为的光的能量子为的光的能量子为h。这些能量子后。这些能量子后来被称为光子。来被称为光子。2、电子从金属中逃逸,需要克服阻力做功、电子从金属中逃逸,需要克服阻力做功。使电子。使电子脱离金属所要做的脱离金属所要做的最小最小的功,叫做金属的的功,叫做金属的逸出功逸出功。不同金属的逸出功是不同的。不
9、同金属的逸出功是不同的。3、一个一个电子电子一瞬间一瞬间吸收吸收一个一个光子的能量,一部分能光子的能量,一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能电子的最大初动能Ek,即:,即:上式即为爱因斯坦的光电效应方程。上式即为爱因斯坦的光电效应方程。如果电子克服阻力做功大于逸出功,则逸出后如果电子克服阻力做功大于逸出功,则逸出后电子的初动能小于最大初动能。电子的初动能小于最大初动能。影响饱和电流、遏制电压、截止频率的因素影响饱和电流、遏制电压、截止频率的因素1、只要入射光频率超过截止频率,只要入射光频率超过截止频率,饱和电流饱和电流
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