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1、实实 验验 如图，第一次，直接用如图，第一次，直接用弧光灯弧光灯照射一块擦照射一块擦得很亮的锌板，而锌板与不带电的验电器通过导得很亮的锌板，而锌板与不带电的验电器通过导线相连，将会出现什么现象呢？第二次，拿一块线相连，将会出现什么现象呢？第二次，拿一块玻璃板挡在弧光灯与锌板之间，结果又如何呢？玻璃板挡在弧光灯与锌板之间，结果又如何呢？第1页/共34页实实 验验第2页/共34页分析与讨论分析与讨论1 1、现象：验电器指针张开，加入玻璃板后，指、现象：验电器指针张开，加入玻璃板后，指针不张开，表明，弧光灯发出的是紫外线，在紫针不张开，表明，弧光灯发出的是紫外线，在紫外线照射下，与锌板相连的验电器指
2、针张开了。外线照射下，与锌板相连的验电器指针张开了。2、实验表明：弧光灯照射下的锌板带上了电荷。3、实验中的锌板带上了什么电荷？若用毛皮摩擦过的橡胶棒接触实验中验电器的金属球，发现指针张角变小了。结论：弧光灯照射下的锌板失去电子带上了结论：弧光灯照射下的锌板失去电子带上了正电荷正电荷。第3页/共34页光电效应光电效应(photoelectric effectphotoelectric effect)1 1、定义定义：光：光(包括不可见光包括不可见光)照射到金属表面，能使金属中照射到金属表面，能使金属中的电子从表面逸出，这种现象的电子从表面逸出，这种现象叫做光电效应。叫做光电效应。2 2、在光电
3、效应现象中发射出来、在光电效应现象中发射出来的电子叫做的电子叫做光电子。光电子。3 3、最早发现光电效应现象的是赫兹，他在、最早发现光电效应现象的是赫兹，他在18871887年年研究电磁波时，接受电路的间隙如果受到光照，更研究电磁波时，接受电路的间隙如果受到光照，更容易观察到电火花。容易观察到电火花。4 4、德国物理学家、德国物理学家P.P.勒纳德勒纳德(发现改变光强对截止电发现改变光强对截止电压无影响，压无影响，19051905年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖)和英国物理学家和英国物理学家J.J.J.J.汤姆逊等相继进行实验后，证实了光电效应现汤姆逊等相继进行实验后，证实了光电效应现象。象。第4页/
4、共34页1 1、存在饱和电流：、存在饱和电流：1 1）在光照条件不变时，增大电压）在光照条件不变时，增大电压U UAKAK，A A表中电流将随电压增大而增表中电流将随电压增大而增大，但达到某一值后，即使电压大，但达到某一值后，即使电压U UAKAK再增大，电流也不会再增大了，再增大，电流也不会再增大了，即达到了饱和值。即达到了饱和值。2 2）饱和电流：在光照条件一定时，）饱和电流：在光照条件一定时，K K发射的电子数目一定。当光强增强发射的电子数目一定。当光强增强时，饱和电流也将增大。时，饱和电流也将增大。3 3）结论结论：对于一定颜色的光，入：对于一定颜色的光，入射光越强，饱和电流越大，单位
5、射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。时间内发射的光电子数越多。实验研究实验研究第5页/共34页2 2、存在遏止电压：、存在遏止电压：1 1）在光照条件不变时，）在光照条件不变时，电压电压U UAKAK=0=0时，时，A A表中电表中电流流I I00。2 2）将电源正负极对调，在）将电源正负极对调，在AKAK间加间加反向电压反向电压时，电子时，电子将做减速运动，电路中的电流才有可能为零。将做减速运动，电路中的电流才有可能为零。4 4）结论结论：遏止电压的存在表明从：遏止电压的存在表明从K K发射出的电子的发射出的电子的具有一定的初速度，且初速度的最大值具有一定的初速度，且初速度
6、的最大值v vC C应为应为3 3）使电路中的光电流减小到零的反向电压称为遏止）使电路中的光电流减小到零的反向电压称为遏止电压，用字母电压，用字母U UC C表示。表示。Ekm=mvC2/2=eUC实验研究实验研究第6页/共34页3 3、存在截止频率：、存在截止频率：1 1）在光的颜色一定条件）在光的颜色一定条件下，不论光的强弱如何，下，不论光的强弱如何，遏止电压都是一样的；遏止电压都是一样的；3 3）结论结论：表明从：表明从K K发射出的光电子的能量只与入射发射出的光电子的能量只与入射光的频率有关，而与光的强度无关。光的频率有关，而与光的强度无关。4 4）进一步实验，发现当入射光的频率减小到
7、某一数）进一步实验，发现当入射光的频率减小到某一数值值 C C时，即使不加反向电压，增加光的强度，电路中时，即使不加反向电压，增加光的强度，电路中也没有光电流，这表明已经也没有光电流，这表明已经没有光电子射出没有光电子射出。C C称称为截止频率为截止频率(cutoff frequencycutoff frequency)或极限频率。或极限频率。2 2）当光的颜色改变时，遏止电压也会改变。）当光的颜色改变时，遏止电压也会改变。5 5）结论结论：当入射光的频率低于极限频率：当入射光的频率低于极限频率C C时不发生时不发生光电效应，且不同的金属的极限频率不同。光电效应，且不同的金属的极限频率不同。实
8、验研究实验研究第7页/共34页4 4、光电效应具有瞬时性：、光电效应具有瞬时性：1 1）当入射光的频率超过截止频率）当入射光的频率超过截止频率 C C时，无论入射光时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时，立即产生光电流。怎样微弱，几乎在照到金属时，立即产生光电流。2 2）结论结论：光电效应几乎是瞬时发生的，实验表明产：光电效应几乎是瞬时发生的，实验表明产生光电流的时间生光电流的时间不超过不超过1010-9-9s s。实验研究实验研究第8页/共34页光电效应规律光电效应规律1 1、任何金属都有一定的极限频率，入射光的频率、任何金属都有一定的极限频率，入射光的频率必须必须大于大于这个这个极限频率
9、极限频率才能发生光电效应现象；才能发生光电效应现象；3 3、光电子的、光电子的最大初动能最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的强度无关，只随入射光只随入射光频率增大而增大频率增大而增大；4 4、入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎、入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般是瞬时的，一般不超过不超过1010-9-9s s。2 2、当入射光的频率大于极限频率时，光电流强、当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比；度与入射光的强度成正比；爱因斯坦由于发现了光电效应的规律而获得了爱因斯坦由于发现了光电效应的规律而获得了19211921年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物
10、理学奖。第9页/共34页光的电磁理论对光电效应的解释光的电磁理论对光电效应的解释1、金属的逸出功(work function)：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，用W0表示，与极限频率v0的关系：2、不同的金属逸出功W0不同：碱金属的逸出功相对较小，故光电管的阴极一般常用碱金属。WW0 0=hv=hv0 0第10页/共34页光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压压U UC C应与光的强弱有关。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，得足够能
11、量从而逸出表面，不应存在截止频率不应存在截止频率。如果光很弱，按经典电磁理论估算，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，这个时间远远得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于大于1010-9-9s s。实验表明：对于一定颜色实验表明：对于一定颜色(频率频率)的光，无论的光，无论光的强弱如何，遏止电压是一样的，即光电子的光的强弱如何，遏止电压是一样的，即光电子的最大初动能与光强无关。最大初动能与光强无关。光电效应解释中的疑难光电效应解释中的疑难 光电效应规律与经典光的电磁理论的解释间存光电效应规律与经典光的电磁理论的
12、解释间存在矛盾：在矛盾：第11页/共34页1 1、普朗克最先提出了能量子的概念普朗克最先提出了能量子的概念。能量子能量子2 2、定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍即能量的只能辐射或吸收某个最小能量值的整数倍即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最辐射或者吸收只能是一份一份的这个不可再分的最小能量值小能量值 叫做能量子能量子的大小：叫做能量子能量子的大小：=h hv v，其中，其中v v是电磁波的频率，是电磁波的频率，h h称为普朗克常量称为普朗克常量h h6.626106.62610343
13、4 Js Js(一般取一般取h h6.63106.63103434 Js Js)3 3、在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是子的能量是分立分立的。带电微粒辐射和吸收的能量，的。带电微粒辐射和吸收的能量，只能是只能是某一最小能量值的整数倍某一最小能量值的整数倍。第12页/共34页1 1、在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，、在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子每一份叫做一个光量子，简称光子(photonphoton)，其能，其能量为量为E=hE=hv v ，其中，其中v v 为光的频率，为光的频率，h
14、 h为普朗克常数，为普朗克常数，即即h h=6.636.63 1010-34-34JJs s。爱因斯坦的光子说爱因斯坦的光子说E EK K=h=hv v W W0 02 2、按照爱因斯坦的光子说理论，在光电效应中，金、按照爱因斯坦的光子说理论，在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量属中的电子吸收一个光子获得的能量hvhv后，一部分能后，一部分能量用来克服金属的逸出功量用来克服金属的逸出功WW0 0，剩下的表现为逸出后电，剩下的表现为逸出后电子的初动能子的初动能E Ek k，即：，即：式中的EK为光电子的最大初动能EK=mev2/2注：电子自身热运动的能量远注：电子自身热运动的能量远小
15、于光子的能量故忽略不计小于光子的能量故忽略不计第13页/共34页思考与讨论思考与讨论 金属的遏止电压金属的遏止电压U UC C与入射光的频率与入射光的频率及逸出功及逸出功WW0 0又有什么关系呢？又有什么关系呢？对比：对比：E EK K=h=hv v W W0 01 1、图线斜率与电子电量的乘积可、图线斜率与电子电量的乘积可求普朗克常量求普朗克常量h h2 2、图线中的、图线中的1 1为极限频率为极限频率3 3、逸出功、逸出功W W0 0=h h1 12 2、图线中的、图线中的0 0为极限频率为极限频率1 1、图线斜率可求普朗克常量、图线斜率可求普朗克常量h h3 3、逸出功、逸出功W W0
16、0=E E0 0美国密立根研究美国密立根研究U UC C和和v v的关系验证了爱因斯坦方程的正确性。的关系验证了爱因斯坦方程的正确性。第14页/共34页 为什么光电效应中发射出的光电子存在最大初动能？为什么光电效应中发射出的光电子存在最大初动能？光电效应中从金属出来的电子，有的从金属表面直接飞出，有的从内部出光电效应中从金属出来的电子，有的从金属表面直接飞出，有的从内部出来沿途与其它粒子碰撞，损失部分能量，因此电子速度会有差异，直接从金属来沿途与其它粒子碰撞，损失部分能量，因此电子速度会有差异，直接从金属表面飞出的速度最大，其表面飞出的速度最大，其飞离金属表面时的动能为光飞离金属表面时的动能为
17、光电子的最大初动能。电子的最大初动能。思考与讨论思考与讨论第15页/共34页对光子的理解对光子的理解1 1、光子与牛顿微粒说中的实物粒子有明显的不同，、光子与牛顿微粒说中的实物粒子有明显的不同，是更加完善的一种表述；是更加完善的一种表述；2 2、E=hE=hv v 表明表明光子的能量取决于光的频率，故不同光子的能量取决于光的频率，故不同的单色光的光子能量不同，的单色光的光子能量不同，E E红红EE紫紫，而同一色光，而同一色光，光强不同的原因是光子数不同，显然，当频率一光强不同的原因是光子数不同，显然，当频率一定时，光子数越多，光强就越强定时，光子数越多，光强就越强E E总总=Nh=Nhv v
18、；3 3、光就是大量光子组成的高速运动的光子流、光就是大量光子组成的高速运动的光子流，光，光电效应显示了光的粒子性电效应显示了光的粒子性；4 4、注意区分光子与光电子的不同。、注意区分光子与光电子的不同。第16页/共34页1 1、能引起人的视觉感应的最小能量为、能引起人的视觉感应的最小能量为1010-18-18J J，已知可，已知可见光的平均波长约为见光的平均波长约为0.60.6 m m，则进入人眼的光子数至，则进入人眼的光子数至少为多少个才能引起人眼的感觉？少为多少个才能引起人眼的感觉？思考与讨论思考与讨论2 2、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能量最大？、在可见光范围内，哪种颜色光的光子能
19、量最大？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？想想看，这种光是否一定最亮？为什么？3 3个个1 1）光的亮度由两个因素决定：）光的亮度由两个因素决定：光强和光强和人眼的视觉人眼的视觉灵敏度灵敏度紫光紫光不一定不一定2 2）在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中）在光强相同的前提下，由于人眼对可见光中心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光心部位的黄绿色光感觉最灵敏，因此黄绿色光应最亮。应最亮。第17页/共34页思考与讨论思考与讨论 白天的天空各处都是亮的，航天员在大气层外白天的天空各处都是亮的，航天员在大气层外飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他方向的天空飞行时，尽管太阳的光线耀眼刺目，其他方向
20、的天空却是黑的，甚至可以看见星星，这是为什么？却是黑的，甚至可以看见星星，这是为什么？由于大气把阳光向四面由于大气把阳光向四面散射，且散射，且波长较短的光比波波长较短的光比波长较长的光容易被大气散射，长较长的光容易被大气散射，故看到天空到处是亮的，蓝故看到天空到处是亮的，蓝的；当航天员在没有大气的的；当航天员在没有大气的太空飞行时，虽然太阳耀眼太空飞行时，虽然太阳耀眼刺目，没有了大气对阳光的刺目，没有了大气对阳光的散射，故航天员眼中的天空散射，故航天员眼中的天空才是一片黑暗。才是一片黑暗。第18页/共34页光子的动量光子的动量 狭义相对论中，爱因狭义相对论中，爱因斯坦的质能方程：斯坦的质能方程
21、：而爱因斯坦光子理论中而爱因斯坦光子理论中的光子能量为：的光子能量为：故可得光子动量为：故可得光子动量为：注：光子的静质量为零，这里的注：光子的静质量为零，这里的m m是光子的动质量。是光子的动质量。第19页/共34页光的波粒二象性、物质波光的波粒二象性、物质波1 1、光的波粒二象性：、光的波粒二象性：1 1）光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性）光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性 2 2）光电效应说明光具有粒子性）光电效应说明光具有粒子性 3 3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。粒二象性。2 2、物质波：、物质波：1
22、1）光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律）光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，的表现，亮条纹亮条纹是光子到达是光子到达概率大概率大的地方，的地方，暗条纹暗条纹是光子到达是光子到达概率小概率小的地方，因此光波又叫的地方，因此光波又叫概率波概率波2 2）物质波物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长=h/ph/p，p p为运动物体的动量，为运动物体的动量，h h为普朗克常量为普朗克常量 第20页/共34页课堂练习课堂练习D1 1、关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确、
23、关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是的是()A A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性都具有波粒二象性B B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道个小孔时，都没有特定的运动轨道C C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性波粒二象性 第21页/共34页课堂练习课
24、堂练习CD2、在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大第22页/共34页课堂练习课堂练习AC3 3黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()A A随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B B随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动方向移动D D随
25、温度降低，辐射强度随温度降低，辐射强度的极大值向波长较短的方的极大值向波长较短的方向移动向移动 第23页/共34页课堂练习课堂练习B4 4、（、（1111上海上海）用一束紫外线照射某金属时不能）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（施是（）A A改用频率更小的紫外线照射改用频率更小的紫外线照射 B B改用改用X X射线照射射线照射C C改用强度更大的原紫外线照射改用强度更大的原紫外线照射 D D延延长原紫外线的照射时间长原紫外线的照射时间第24页/共34页课堂练习课堂练习D5.5.（1111福建福建）爱因斯坦提出了
26、光量子概念并成功）爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得地解释光电效应的规律而获得19211921年的诺贝尔物年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能E Ekmkm与入射光频率与入射光频率v v的关系如图所示，其中的关系如图所示，其中v v0 0为极限频为极限频率。从图中可以确定的是率。从图中可以确定的是_。（填选项前的。（填选项前的字母）字母）A A逸出功与逸出功与v v有关有关 B BE Ekmkm与入射光强度成正比与入射光强度成正比C Cv v v v0 0时，会逸出光电子时，会逸出光电子 D D图中直线的斜率与图中直线的
27、斜率与 普朗克常量有关普朗克常量有关第25页/共34页课堂练习课堂练习A6 6用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而发生光电效应，可得到光电子最大初动能而发生光电效应，可得到光电子最大初动能E Ek k随随入射光频率入射光频率v v变化的变化的E Ek kv v图象已知钨的逸出功图象已知钨的逸出功是是3.28eV3.28eV，锌的逸出功是，锌的逸出功是3.34eV3.34eV，若将二者的图，若将二者的图线画在同一个线画在同一个E Ek kv v坐标图中，用实线表示钨，虚坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是图中的线表示锌，则能正确反
28、映这一过程的是图中的()第26页/共34页课堂练习课堂练习0.60eV7.7.如图，当电键如图，当电键S S断开时，用光子能量为断开时，用光子能量为2.5eV2.5eV的一的一束光照射阴极束光照射阴极P P，发现电流表读数不为零合上电，发现电流表读数不为零合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于于或等于0.60V0.60V时，电流表读数为零时，电流表读数为零(1)(1)求此时光电子的最大初动能的大小求此时光电子的最大初动能的大小(2)(2)求该阴
29、极材料的逸出功求该阴极材料的逸出功1.90eV注意：截止电压与最大初动能的关系第27页/共34页课堂练习课堂练习C8.8.(20102010江苏江苏)研究光电效应的电路如图所示用频研究光电效应的电路如图所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板板(阴极阴极K)K)，钠极板发射出的光电子被阳极，钠极板发射出的光电子被阳极A A吸收，吸收，在电路中形成光电流下列光电流在电路中形成光电流下列光电流I I与与A A、K K之间的之间的电压电压U UAKAK的关系图象中，正确的是的关系图象中，正确的是_ 注意：同一种色光，最大初动能相同，故注意：同
30、一种色光，最大初动能相同，故截止电压相同，但光强大的饱和电流大。截止电压相同，但光强大的饱和电流大。第28页/共34页课堂练习课堂练习B9.9.(20102010浙江浙江)在光电效应实验中，飞飞同学用同一在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光甲光、乙光、丙光)，如图所示，如图所示则可判断出则可判断出()A A甲光的频率大于乙光的频率甲光的频率大于乙光的频率B B乙光的波长大于丙光的波长乙光的波长大于丙光的波长C C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率乙光对应的截止频率
31、大于丙光的截止频率D D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能子最大初动能注意：同一光电管，逸出功相同，注意：同一光电管，逸出功相同，则截止频率相同。则截止频率相同。注意：区分截止电压与截止频率的不同。注意：区分截止电压与截止频率的不同。第29页/共34页课堂练习课堂练习C10某光波射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光波的频率为(设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h)()第30页/共34页课堂练习课堂练习ABD1111（1111上海上海）用极微弱的可见光做双
32、缝干涉实验，）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)(a)、(b)(b)、(c)(c)所示的图像，则所示的图像，则()()A A图像图像(a)(a)表明光具有粒子性表明光具有粒子性 B B图像图像(c)(c)表明光具有波动性表明光具有波动性C C用紫外光观察不到类似的图像用紫外光观察不到类似的图像 D D实验表明光是一种概率波实验表明光是一种概率波 第31页/共34页课堂练习课堂练习hc/012.（11全国）在光电效应试验中，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）的单色光做该实验，则其遏止电压为_。已知电子的电荷量、真空中的光速和布朗克常量分别为e、c 和h。hc(0-)/e0第32页/共34页课堂练习课堂练习4=1.2410-7m13、已知某金属表面接受波长为和2的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30 eV和10 eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少？第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页