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1、第二节 光的粒子性,研究的背景,19世纪初开始，托马斯杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的干涉、衍射和偏振现象。,光的干涉,研究的背景,19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹从理论和实验上确认了光的电磁波本质。,麦克斯韦,赫兹,光电效应现象,思考： 1.用紫外线照射锌板时，验电器指针为什么发生偏转？ 2.为什么在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来？ 3.用红光照射锌板，自由电子会跑出来吗？（猜测）,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。,1887年，赫兹在研究电磁波的实验中偶尔发现，接收电路的间隙如果受到光照，就更容易产生
2、火花。这是最早发现的光电效应。后来由勒纳德和汤姆孙等进一步研究，得到了光电效应的实验规律。,光电效应的实验规律,存在饱和光电流,一定颜色的光，入射光越强，饱和光电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。,1.为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？,2.保持光照条件不变，逐渐加大两极间电压，电流怎么变化?,真空,光电效应的实验规律,入射光不变，如何使光电流减小？减小至零呢？,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 Uc 时，光电流恰好为0。 Uc称遏止电压。,光电效应的实验规律,对于同一颜色（频率相同）的光，无论光的强度如何，遏止电压都一样。,光电子的能量只与入
3、射光频率有关，与入射光强度无关,根据已有知识推测：加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？,光电效应的实验规律,1.横轴截距和纵轴截距的意义？ 2.饱和光电流的大小由哪些 因素决定？,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。光的强度只决定单位时间内发射光电子的数目。,当入射光的频率减少到某一数值c时，即使不施加反向电压也没有光电流。 c称为截止频率。,光电流与电压关系,光电效应的实验规律,截止频率c -极限频率 对于每种金属材料，都有一确定的截止频率 c 。 不同金属截止频率不同。 当入射光频率 c 时， 电子才能逸出金属表
4、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。与光的强弱无关，不需要能量积累。从光开始照射到光电子逸出所需时间10-9s。,光电效应的实验规律,1.对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应； 2. 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，单位时间内发射的光电子越多，饱和电流越大； 3.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大； 4.入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.,逸出功,逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫
5、做这种金属的逸出功。不同金属的逸出功不同。,温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。,逸出功,观察表格中的数据，逸出功和极限频率有什么关系？,光电效应解释中的疑难,光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。,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。,如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9S。,以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。,爱因斯坦的光量子假
6、设,爱因斯坦的光子说,年轻的爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为的光的能量子为h。这些能量子后来被称为光子。,=h,爱因斯坦的光电效应方程,或,光电子最大初动能,金属的逸出功,W0,一个电子吸收一个光子的能量h后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：,h 普朗克常量,光子说对光电效应的解释,爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hW0时，才有光电子逸出， 就是光电效应的截止频率。c=W0 /h,电子一次性吸收光子
7、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发生的。,光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。,光电效应理论的验证,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。,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“光子”理论的正确。,思考与讨论p33,很难直接测Ek ，容易测量Uc，如何得到 Uc与v、W0关系？,例题：由密立根实验(Uc和v的关系)计算普朗克常量,例题2,2011课标全国卷 (1)在光电效应实验中某金属的截止频率相应的波长为0该金属的逸出功为 若用波长为(0)的单色光做实验则其遏止电压为 已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.,hc/0,hc(0 -)/ (e 0),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,