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1、光子小结第1页，共15页，编辑于2022年，星期四产生明显衍射现象的条件是：障碍物或孔的尺寸比波长小或者跟波长相差不多一.光的衍射现象 光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的方向而绕到障碍物到达阴影区域的现象。在障碍物的尺寸可以跟光的波长相比甚至比光的波长还要小的时候衍射现象就十分明显，出现明显的衍射现象象光的光的衍射衍射 单缝衍射单缝衍射小孔衍射小孔衍射泊松亮斑泊松亮斑明显衍射条件明显衍射条件第2页，共15页，编辑于2022年，星期四1、光的干涉和衍射图样区别双缝干涉图样特点：单缝衍射图象特点：三.光的干涉和光的衍射的比较2、双缝干涉和单缝衍射都是光波叠加的结果，只是干涉条纹
2、是有限的几束光的叠加，而衍射条纹可认为是极多且复杂的相干光的叠加。明暗相间、中间较宽较亮，明暗相间、中间较宽较亮，两边对称亮度渐减弱两边对称亮度渐减弱明暗相间、等间距等亮度明暗相间、等间距等亮度红光第3页，共15页，编辑于2022年，星期四光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。偏振现象进一步说明光还是横波。1光电效应光电效应（1）现象：在）现象：在光光的照射下物体发射电子的现象的照射下物体发射电子的现象叫做光电效应现象叫做光电效应现象光电子：光电子：在光电效应中，物体中发射出来的电子在光电效应中，物体中发射出来的电子叫叫光电子
3、光电子。第4页，共15页，编辑于2022年，星期四光电管光电管 1.光光电电管管就就是是利利用用光光电电效效应应把把光光信信号号转转变变成成电电信号的一种传感器。信号的一种传感器。2.阴阴极极发发出出的的光光电电子子被被阳阳极极收收集集，在在回回路路中中会会形形成电流，称为成电流，称为光电流光电流。3.3.光光光光电电电电管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理:为为为为了了了了把把把把光光光光电电电电子子子子尽尽尽尽可可可可能能能能多多多多地地地地收收收收集集集集到到到到阳阳阳阳极极极极，以以以以增增增增强强强强光光光光电电电电流流流流，通通通通常常常常还还还还在在在在光光光光电电电
4、电管管管管两两两两极极极极加加加加上上上上正正正正向向向向电电电电压压压压，如如如如图图图图所所所所示示示示，光光光光电电电电流流流流在在在在电电电电阻阻阻阻的的的的两两两两端端端端产产产产生生生生电电电电压压压压UUabab，随随随随着着着着交交交交的的的的强强强强弱弱弱弱变变变变化化化化而而而而变变变变化化化化。这这这这样样样样，光光光光电电电电管管管管就把光信号变成了电信号。就把光信号变成了电信号。就把光信号变成了电信号。就把光信号变成了电信号。（1）开关功能：自动化控制）开关功能：自动化控制（2）光电转换：通信领域）光电转换：通信领域（3）能量转换：太阳能电池）能量转换：太阳能电池第5
5、页，共15页，编辑于2022年，星期四遏止电压遏止电压 光电子克服反向电场力所做的功为：光电子克服反向电场力所做的功为：W=eU；如如果果光光电电子子到到达达阳阳极极的的速速度度刚刚好好为为零零，根根据据能能量量守恒定律，光电子出射时的最大初始动能为：守恒定律，光电子出射时的最大初始动能为：可可见见，光光电电子子的的最最大大初初始始动动能能可可以以通通过过测测量量遏止电压遏止电压来确定。来确定。回回路路中中的的光光电电流流会会随随着着反反向向电电压压的的增增加加而而减减小小，当当反反向向电电压压达达到到一一定定数数值值时时，光光电电流流将将会会减减小小到到零，我们把这时的电压称为零，我们把这时
6、的电压称为遏止电压遏止电压。第6页，共15页，编辑于2022年，星期四遏止电压与入射光的强度无关。遏止电压与入射光的强度无关。入射光的频率越大，遏止电压越大，即光电子入射光的频率越大，遏止电压越大，即光电子的最大初动能越大。的最大初动能越大。第7页，共15页，编辑于2022年，星期四光电效应的光电效应的4条基本规律条基本规律1.产生光电效应的条件：产生光电效应的条件：任何一种金属，都存在极限频率任何一种金属，都存在极限频率0，只有当入，只有当入射光频率射光频率0时，才能发生光电效应时，才能发生光电效应.2.光电子的最大初动能：光电子的最大初动能：光电子的最大初动能光电子的最大初动能Ekm与入射
7、光强度无关，只与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大随入射光频率的增大而增大.3.光电效应的发生时间：光电效应的发生时间：几乎是瞬时发生的几乎是瞬时发生的 4.光电流强度的决定因素：光电流强度的决定因素：当入射光频率当入射光频率0时，光电流随入射光强度的增大而增大时，光电流随入射光强度的增大而增大.第8页，共15页，编辑于2022年，星期四入射光照射到金属上时，光电子的发射入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过几乎是瞬时的，一般不超过10-9s。任何一种金属，要产生光电效应，都有一个任何一种金属，要产生光电效应，都有一个极极限频率限频率（极限波长），入射光的频率必须（
8、极限波长），入射光的频率必须大于大于这这个极限频率，这个极限频率用个极限频率，这个极限频率用0表示。表示。光电子的最大初动能只随入射光频率光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大的增大而增大当当0 0时，光电流强度与入射光的强时，光电流强度与入射光的强度成正比度成正比第9页，共15页，编辑于2022年，星期四（3）光电效应现象与光的波动说的矛盾）光电效应现象与光的波动说的矛盾按照波动理论，按照波动理论，光的强度由光波的振幅决光的强度由光波的振幅决定定，与频率无关与频率无关，并且波的能量是，并且波的能量是连续连续的，的，且需要一定的时间才能且需要一定的时间才能积累积累到一定程度，因到一定程度
9、，因此不应该存在极限频率，而是任何频率的光只要此不应该存在极限频率，而是任何频率的光只要照射时间足够长，都会经过一定时间的积累而能照射时间足够长，都会经过一定时间的积累而能够发生光电效应够发生光电效应而光电效应充分说明了电子吸收光子能量的过程而光电效应充分说明了电子吸收光子能量的过程并不需要时间上的积累，只要入射光的频率超过一定并不需要时间上的积累，只要入射光的频率超过一定量的值，光电效应的发生几乎不需要时间；量的值，光电效应的发生几乎不需要时间；反之，若反之，若入射光的频率不够，不论照射多长时间，都没有光电入射光的频率不够，不论照射多长时间，都没有光电流产生流产生第10页，共15页，编辑于2
10、022年，星期四2光子说：光子说：为了解释光电效应，在为了解释光电效应，在普朗克普朗克研究电磁辐射理论的启发研究电磁辐射理论的启发下，下，爱因斯坦于爱因斯坦于1905年年提出了光子说。提出了光子说。（1）光子说：）光子说：在空间传播的光不是连续的而是一份一份在空间传播的光不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比。即即Eh 表示光的频率，表示光的频率，h 叫普朗克常量，叫普朗克常量，h6.6310-34焦耳秒焦耳秒3光电效应方程光电效应方程爱因斯坦爱因斯坦EKhvwW逸出功（电子从金属表面脱离）逸出功（电子从金属表
11、面脱离）最大初动能最大初动能EK第11页，共15页，编辑于2022年，星期四物体在光的照射下从物体中发射出电子的现象叫物体在光的照射下从物体中发射出电子的现象叫光电效应光电效应，物体中发射出来的电子叫物体中发射出来的电子叫光电子光电子。任何一种金属在光的照射下要产生光效应有一个极限频率任何一种金属在光的照射下要产生光效应有一个极限频率V0，光，光电电子的子的最大初动能最大初动能随随入射光的频率增大入射光的频率增大而而增大增大，光子说能很好地解释光电效应，光子说：光子说能很好地解释光电效应，光子说：在空间传播的光是不连续在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。的，而是一份一
12、份的，每一份叫做一个光子。爱因斯坦的爱因斯坦的光电效应光电效应方程方程mvm2hvW。h 6.610-34 J.s第12页，共15页，编辑于2022年，星期四爱因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦对光电效应的解释对极限频率的理解：对极限频率的理解：从光电效应方程中，当从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到极限频率：初动能为零时，可得到极限频率：W逸逸逸逸nh0=光电效应方程光电效应方程也就是说也就是说,只有当光子的能量只有当光子的能量h W逸逸时时,最大初动最大初动能能Ek 0第13页，共15页，编辑于2022年，星期四爱因斯坦对光电效应的解释爱因斯坦对光电效应的解释光电效应方程光电效应方程对最大
13、初动能的理解：对最大初动能的理解：从方程可以变形得到从方程可以变形得到,光光电子最大初动能和照射光的频率成线性关系电子最大初动能和照射光的频率成线性关系:Ek k=h+WEk kooW第14页，共15页，编辑于2022年，星期四爱因斯坦是爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人现代物理学的开创者和奠基人。1879年年3月月14日生于德国的乌尔姆，日生于德国的乌尔姆，1955年年4月月18日卒于日卒于美国的普林斯顿。美国的普林斯顿。爱因斯坦爱因斯坦1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学，毕业后即失业。在朋友的帮助下，才在瑞士学，毕业后即失业。在朋友的帮助下，才在瑞士联邦专
14、利局找到工作。联邦专利局找到工作。1905年获苏黎世大学博士年获苏黎世大学博士学位。学位。1909年任苏黎世大学理论物理学副教授，年任苏黎世大学理论物理学副教授，1911年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科学院院士。学院院士。1932年受希特勒迫害离开德国年受希特勒迫害离开德国,1933年年10月定居美国。爱因斯坦在物理学的许多领域都有月定居美国。爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，贡献，比如研究毛细现象、阐明布朗运动、建比如研究毛细现象、阐明布朗运动、建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论完满地解释光电效应、量子概念，并以量子理论完满地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。辐射过程、固体比热，发展了量子统计。并于并于1921年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖爱因斯坦为何遭到诺贝尔奖的冷遇？爱因斯坦为何遭到诺贝尔奖的冷遇？第15页，共15页，编辑于2022年，星期四