4.2光电效应课件—2020-2021学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（19张PPT）

4.2.3 光电效应
白天的天空各处都是亮的；航天员在大气外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他地方的天空却是黑的，甚至可以看见星星。这是为什么？
一、康普顿效应和光子的动量
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。
宇宙几乎是真空的，在广阔的宇宙空间中几乎没有物质，所以宇宙中的“天”才是黑的。
康普顿效应
在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与人射波长 相同的成分外，还有波长大于 的成分，这个现象称为康普顿效应。
说明能量有损失，导致波长变长。
按照经典物理学的理论，由于光是电磁振动的传播，入射光引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光。
散射光的频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是入射光的頻率，因而散射光的波长与入射光的波长应该相同，不会出现λ＞λ0的散射光。
经典理论与实验事实又一次出现了矛盾
！
康普顿的解释
他的基本思想是：X射线的光子不仅具有能量，也像其他粒子那样具有动量，X射线的光子与晶体中的电子碰撞时要避守能量守恒定律和动量守恒定律，求解这些方程，可以得出散射光波长的变化值△入。理论结果与实验符合得很好。
①在散射中能量和动量守恒
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。
②光子除了具有能量之外还具有动量。
爱因斯坦质能方程：
光子能量：
光子动量：
你是否已经注意到，光
子的能量表达式?＝hv与动量表达式P＝h/入具有高度对称性。
在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动最转移给电子，因而光子动量变小。从p＝h/????看，动量P减小意味着波长変大，因此有些光子散射后波长变大。从动量す了恒定律和能量守恒定律出发?按照动量表达式P＝h/????和能量表达式E＝h????。对康普顿效应做定量分析，其结论与实验事实符合得很好。
?
在麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波，从而光的波动说被普遍接受，人们不再认为光是由粒子组成的。
爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实会表现得像是由一些粒子（即一个个有确定能量和动量的“光子”）组成的。
二、光的波粒二象性
讨论：说明了什么呢？
光的波动性与粒子性的统一
光既具有波动性，又具有粒子性。换句话说，光具有波粒二象性。
大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象；个别光子产生的效果显示出粒子性。
光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主要作用。
光的波动性与粒子性的统一
光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性的特征物理量，因此 ε = h????揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。
光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性。
?
光电效应
康普顿效应和光子的动量
光的波粒二象性
1. 康普顿效应证实了光子不仅具有能量,也有动量。如图给出了光子与静止电子碰撞后,电子的运动方向,则碰后光子(　　)
A.可能沿1方向,且波长变短
B.可能沿2方向,且波长变短
C.可能沿1方向,且波长变长
D.可能沿3方向,且波长变长
C
2.科学研究证明,光子有能量也有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ,碰撞后的波长为λ',则碰撞过程中(　　)
A.能量守恒,动量守恒,且λ=λ'
B.能量不守恒,动量不守恒,且λ=λ'
C.能量守恒,动量守恒,且λ<λ'
D.能量守恒,动量守恒,且λ>λ'
C
3.(多选)下列对光子的认识,正确的是(　　)
A.光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒
B.光子说中的光子就是光电效应的光电子
C.在空间传播的光是不连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子
D.光子的能量跟光的频率成正比
CD
4.(多选)美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应。关于康普顿效应,以下说法正确的是(　　)
A.康普顿效应说明光子具有动量
B.康普顿效应现象说明光具有波动性
C.康普顿效应现象说明光具有粒子性
D.当光子与晶体中的电子碰撞后,其能量增加
AC
5.(多选)如图所示的装置用来研究光电效应现象,当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时,电流表G的读数为0.2 mA,改变滑动变阻器触头c的位置,当电压表的示数大于或等于0.7 V时,电流表示数为0,则(　　)
A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV
B.开关S断开后,没有电流流过电流表G
C.改用光子能量为1.5 eV的光照射,电流表G
也有电流,但电流较小
D.光电子的最大初动能为0.7 eV
AD
再见