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 (1857～1894) 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。 几种金属的逸出功W 铯 钙 镁 铍 钛 逸出功W/eV 1.9 2.7 3.7 3.9 4.1 金 4.8 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? （１８５８年４月２３日——１９４７年１０月４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, 1879―1955 ) 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υ的光的能量子为hυ， 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=hυ-W υ0 =W/ h ●光电子的最大初动能EK与入射光的频率ν有关，而与光的强弱无关。只有当hνW0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： *