单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,问题,1,：,回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？,用弧光灯照射擦得很亮的锌板，,(,注意用导线与不带电的验电器相连,），使验电 器张角增大到约为,30,度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。,一、光电效应现象,表明锌板在射线照射下失去电子而带正电,定义：,在光,(,包括不可见光,),的照射下，从物体发射电子的现象叫做,光电效应,。,发射出来的电子叫做,光电子,1.,什么是光电效应,当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子,。,一、光电效应,阳极,阴极,石英窗,光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出,-,光电子,。,光电子在电场作用下形成光电流。,2.,光电效应的实验规律,1.,光电效应实验,阳极,阴极,将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。,当,K,、,A,间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值,U,c,时，光电流恰为,0,。,U,c,称,遏止电压,。,遏止电压,I,U,c,O,U,光 强 较 弱,光电效应伏安特性曲线,光电效应实验装置,遏,止,电,压,一、光电效应的实验规律,阳极,阴极,I,I,s,U,a,O,U,光 强 较 强,光 强 较 弱,光电效应伏安特性曲线,光电效应实验装置,遏,止,电,压,饱,和,电,流,一、光电效应的实验规律,阳极,阴极,阳极,阴极,石英窗,2.,光电效应实验规律,.,光电流与光强的关系,饱和光电流强度与入射光强度成正比。,.,截止频率,c,-,极限频率,对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率,c,。,当入射光频率,c,时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率,c,时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间,10,-9,s,。,经典理论无法解释光电效应的实验结果,。,经典认为，,按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，,光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率,。,光电效应实验表明：饱和电流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。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。,光电效应具有瞬时性。而,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。,为了解释光电效应，,爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论,，提出了光量子假设。,3.,爱因斯坦的光量子假设,1.,内容,光不仅在发射和吸收时以能量为,h,的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，,频率为,的,光是由大量能量为,=h,光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速,c,运动。,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功,A,，另一部分变为光电子逸出后的动能,E,k,。由能量守恒可得出：,2.,爱因斯坦光电效应方程,为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功；,为光电子的最大初动能。,3.,从方程可以看出光电子初动能和照射,光的频率成线性关系,4.,从光电效应方程中，当初动能为零时，,可得极极限频率：,爱因斯坦对光电效应的解释：,1.,光强大，光子数多，释放的光电子也,多，所以光电流也大。,2.,电子只要吸收一个光子就可以从金属,表面逸出，所以不需时间的累积。,由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获,1921,年诺贝尔物理学奖,。,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。,4.,光电效应理论的验证,美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在,1915,年证实了爱因斯坦方程，,h,的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。,爱因斯坦由于,对,光电效应,的理论解释和对,理论物理学,的贡献,获得,1921,年诺贝尔物理学奖,密立根由于,研究基本电荷和,光电效应,，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。,获得,1923,年诺贝尔物理学奖,。,放大器,控制机构,可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。,4.,光电效应在近代技术中的应用,1.,光控继电器,可对微弱光线进行放大，可使光电流放大,10,5,10,8,倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。,2.,光电倍增管,应 用,光电管,光,电源,电流计,I,A,K,康普顿效应,第,2,课时,1.,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,2.,康普顿效应,1923,年康普顿在做,X,射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角,有关，而与入射线波长,和散射物质都无关,。,一,.,康普顿散射的实验装置与规律：,晶体,光阑,X,射线管,探,测,器,X,射线谱仪,石墨体,(,散射物质,),j,0,散射波长,康普顿正在测晶体对,X,射线的散射,按经典电磁理论：,如果入射,X,光是某,种波长的电磁波，,散射光的波长是,不会改变的！,康普顿散射曲线的特点：,1.,除原波长,0,外出现了移向长波方向的新的散射波长,。,2.,新波长,随散射角的增大而增大。,散射中出现,0,的现象，称为,康普顿散射。,波长的偏移为,=0,O,j,=45,O,j,=90,O,j,=135,O,j,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,o,（,A,）,0.700,0.750,波长,.,.,.,.,.,.,.,0,遇到的困难,经典电磁理论在解释康普顿效应时,2.,无法解释波长改变和散射角的关系。,射光频率应等于入射光频率。,其频率等于入射光频率，所以它所发射的散,过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，,1.,根据经典电磁波理论，当电磁波通,光子理论对康普顿效应的解释,康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的,子能量几乎不变，波长不变。,小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光,光子将与整个原子交换能量,由于光子质量远,2.,若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，,是散射光的波长大于入射光的波长。,部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于,1.,若光子和外层电子相碰撞，光子有一,结果，具体解释如下：,3.,因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度,有关，所以波长改变和散射角有关。,光子理论对康普顿效应的解释,三,.,康普顿散射实验的意义,（,1,）有力地支持了爱因斯坦,“,光量子,”,假设；,（,2,）首次在实验上证实了,“,光子具有动量,”,的假设；,（,3,）证实了,在微观世界的单个碰撞事件中，,动量和能量守恒定律仍然是成立的。,康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的,几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于,“,混进来了某种荧光辐射,”,；在计算中起先只,考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。,康普顿于,1927,年获诺贝尔物理奖。,康,普,顿,效,应,康,普,顿,效,应,康普顿,1927,年获诺贝尔物理学奖,(1892-1962),美国物理学家,1927,19251926,年，吴有训用银的,X,射线,(,0,=5.62nm),为入射线,以,15,种轻重不同的元素为散射物质，,四、吴有训对研究康普顿效应的贡献,1923,年,参加了发现康普顿效应的研究工作,.,对证实康普顿效应作出了,重要贡献。,在同一散射角,(,),测量,各种波长的散射光强度，作,了大量,X,射线散射实验。,（,1897-1977,）,吴有训,