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《17.2第二节 光的粒子性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第二节光的粒子性知识梳理图【知识点】1.光电效应现象及实验规律;2.光子说,光电效应方程;3.康普顿效应,光子的动量.情景设置19世纪60年代,麦克斯韦提出电磁场理论,19世纪80年代赫兹用实验验证了这一理论,光的波动说取得了胜利,但同时赫兹还发现了用光的波动说无法解释的现象——光电效应.那么这种现象具有怎样的规律?如何来解释这种现象?深化探究一､光电效应1.光电效应如图所示,用紫外线灯照射锌板,与锌板相连的验电器就带正电,即锌板也带正电,这说明锌板在紫外线的照射下发射出了电子.定义:在光的照射下物体发射出电子的现象,叫做光电效应,发射出来的电子称为光电子.注意:光电效应中在光的照射下,
2、包括在不可见光的照射,如紫外线.2.光电效应的规律(1)研究光电效应的实验装置,如图所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够发射电子,电源加在K､A之间的电压大小可以调整,正负极可以对调.(2)光电效应的实验结果首先在入射光强度和频率不变的情况下,I-U的实验曲线如图所示,曲线表明,当加速电压U增大到一定值时,光电流达到饱和值Im,这是因为单位时间内从阴极K射出的电子全部到达阳极A,若单位时间从阴极K上逸出的光电子数目为n,则饱和电流Im=ne,式中e为电子电量.另一方面,当电压U减小到零,并开始反向时,光电流并没有减小到零,这表明从阴极逸出的电子具有初动能
3、.所以尽管电场阻碍它运动,仍有部分光电子到达阳极A,但当反向电压等于-UC时,就能阻止所有的光电子飞向阳极A,使光电流降为零,这个电压叫做遏止电压,它使具有最大初速度的电子也不能到达阳极A,如果不考虑在测量遏止电压时回路中的接触电势差,那么就能根据遏止电压-UC来确定电子的最大初速度vm和最大初动能,即:mv2m=eUC在相同频率,不同强度的光去照射阴极K时,得到的I-U曲线如下图(a)所示,它显示了不同强度的光,UC是相同的,Im是不同的,这说明同频率,不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的,饱和电流Im是不同的.此外,用不同频率的光去照射阴极K时,实验结果是:频率越高,UC越
4、大,如上图(b)所示,还得到了遏止电压､UC与入射光频率ν的图线成线性关系,如图(c)所示,频率低于ν0的光,不论光强多大,都不产生光电子,因为ν0称为截止频率,对不同材料,截止频率不同.(3)光电效应的实验规律①饱和电流Im的大小与入射光的强度成正比,也就是单位时间内逸出的光电子数目与入射光的强度成正比,如上图(a)所示.②光电子的最大初动能(或遏止电压)与入射光的强度无关,如图(a)所示.而只与入射光的频率有关,频率越高,光电子的最大初动能越大,如图(b)所示.③频率低于ν0的入射光,无论光的强度多大,照射时间多长都不能使光电子逸出.④光的照射和光电子的逸出几乎是同时的,在测量精度范
5、围内(<10-9s)观察不出这两者间存在滞后现象.3.经典电磁理论与光电效应的矛盾矛盾之一,光的能量与频率有关,而不像波动理论中应由振幅决定,按光的波动理论,不论光的频率如何,只要照射足够长的时间或光足够强,就可以产生光电效应,但实验表明:产生光电效应的条件是入射光频率大于某一截止频率,且光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,均与强度无关.根据能量的观点,电子要从物体中飞出,必须使之具有一定的能量,而这一能量只能来源于入射光的照射,为什么实验表明发射光电子的能量与照射光的强度无关,而与光的频率有关?这个问题曾使物理学界大为困惑,使经典光的波动理论面临挑战.矛盾之二:光电效应产生的时
6、间极短.电子吸收光的能量是瞬时完成的,而不像波动理论所预计的那样可能逐渐积累.当一束光照到物体上时,它的能量将分布到大量原子上,怎么可能在极短的时间里把足够的能量集中到电子上使之从物体中飞出而成为光电子.二､光电效应方程1.光子说光是不连续的,而是一份一份的,每一份光叫做一个光子,一个光子的能量ε=hν,h=6.63×10-34J·s,ν为光的频率.光子说的重要意义:(1)光子说能很好的解释光电效应.(2)光由大量光子构成,光确实具有粒子性.2.光电效应方程爱因斯坦认为一个入射光子的能量只能被一个电子吸收,这个电子能否从金属中逸出,取决于两个因素:一是电子获得了多少能量,即入射光子的能量
7、有多大;二是金属对逸出电子的束缚导致电子逸出时消耗了多少能量.光电效应中,从金属表面逸出的电子消耗的能量最少,因而具有最大初动能.(1)最大初动能:发生光电效应时,电子克服金属原子核的引力逸出时,具有动能大小不同,金属表面上的电子吸收光子后逸出时动能的值最大,称为最大初动能,用Ek来表示.(2)光电效应方程:根据能量守恒定律,光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W的关系.Ek=hν-W0或mv2m=hν-W0(W0为逸
