1、（一）知识与技能： 1知道光的微粒说和波动说 2了解光的波动说和微粒说的发展史 （二）过程与方法： 1通过实验现象的观察对比分析，注重观察能力的培养。 2通过对光本性发展史的认识，培养科学探索、质疑精神，提高科学素质。 （三）情感态度与价值观： 1通过对光本性发展史的了解，使学生感受和体会物理学的研究方法，领略物理理论的形成过程和物理学家的思维方法。 2对光的波动说与微粒说的初步了解，培养学生的辩证唯物观点，激发学习兴趣，培养创新意识和创新精神。,光的波粒二象性,许多世纪以来，人们对光的本性的认识进展很慢，直到17世纪，牛顿对光进行了大量的研究，并将其力学成果引入到对光的研究之中，形成了牛顿的
2、微粒说：认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播。,牛顿同时代的另一位荷兰物理学家惠更斯却提出了与牛顿的观点不同的学说波动说，认为光是在空间传播的某种波。,早期的微粒说 和波动说,A,1.牛顿的微粒说 牛顿认为光是一种沿直线前进的弹性粒子。,牛顿将小球碰撞时的规律与光的反射定律作类比。,光是像“弹丸”一样的微小粒子吗?,牛顿的微粒说可以解释光的反射等一些现象，但是，在解释光的另一些现象时，遇到了困难:,光偏离直线传播的现象,一束光射到两种介质分界面处会同时发生反射和折射,光是像“水波”一样的波吗?,2. 惠更斯的波动说 惠更斯认为光是某种振动以波的形式向外传播。,波动说在
3、解释光的直进现象时却遇到了困难 ：,各种波不会像光那样在物体的后面留下清晰的影子,机械波的传播需要介质，而光却能在真空中传播。,光的微粒说和波动说各有成功的一面，但都不能完满地解释当时知道的各种光现象。,3.真空中光的速度,光是瞬时传播的吗?,*经过科学家的努力，现在人们已经知道，光在真 空中的传播速度为299792458ms，通常取 光速c=3.010 8ms。,*最早人们认为光的传播不需要时间，光 速是无限大的。,*真空中的光速被认为是目前自然界一切运动物 体速度的极限值，在介质中的光速小于在 真空中的光速，例如在水中的光速约为3c/4。,117世纪荷兰物理学家_提出光的波 动说，认为光是
4、_。 2著名物理学家牛顿支持光的_说。,3有下列几种光现象 A光的直线传播； B光的反射； C光在两种介质界面同时发生反射和折射； D几束光相遇后彼此毫无妨碍地继续向前传播。在上述光现象中，光的微粒说能够解释的有 _，光的波动说能够解释的有_。,练 习,B,惠更斯,某种振动向外传播的波,微粒,4。以下说法中正确的是,AC,A牛顿用微粒说可以成功解释光的直进和反 射；,B惠更斯的波动说可以成功地解释反射、折 射、叠加等现象；,C微粒说在解释光的叠加、干涉现象时遇到了 困难；,D波动说在解释光的直线传播产生影等现象遇 到了困难。,。下列说法中，正确的是,。牛顿的微粒说和惠更斯的波动说是对立的 两种
5、学说,。牛顿的微粒说和惠更斯的波动说是统一的两 种学说,。世纪光的微粒说占着主导地位， 世纪光的波动说占着主导地位,。牛顿的微粒说和惠更斯的波动说，第一次揭 示光具有波粒二象性,。对于光的本性的认识，下列说法中正 确的是,。光是像“弹丸”一样的微小粒子,。光是像“水波”一样的波,。光是瞬时传播的,。以上说法都不对,光的干涉,B,1.光的干涉,由两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，在一些地方相互加强，在另一些地方相互削弱的现象，叫做光的干涉。,干涉条纹特点：,1。明暗条纹间距相同.,2。红光条纹间距最大， 紫光条纹间距最小,3。白光干涉条纹为彩 色条 纹.,杨氏双缝干涉实验,最先在实验室里观
6、察到光的干涉现象的科学家是英国物理学家托马斯杨,让一束光通过小孔射到第二个屏的两个小孔上，两孔相距01mm，且与前一个小孔的距离相等。如果光是传播某种振动的波，这两个小孔就成了两个振动情况完全相同的波源，它们发出的波在屏上叠加，就会出现干涉现象。,产生干涉的条件,必须是两个振动情况相同的光源，是相干光源.,条纹间距:X = L/d,L:两缝到屏的距离 d:两缝之间的距离 :光的波长,单孔作用-获得来自同一光源的一束光波 双孔作用-将同一束光波分成两束振动情况相同的光束,实验装置,S,S1,S2,P,单色光,相干光,明暗相间的干涉条纹,实验分析,条纹间距：,X,X,跟波长成正比,X=L/d,在阳
7、光下,为什么肥皂薄膜上会形成彩色图样?,光从薄膜前表面和后表面分别反射出来，形成两列振动情况完全相同的光波。当两列波反射回来时恰是波峰（波谷）和波峰（波谷）相遇，使光波的振动加强，形成亮条纹；当两列波的波峰和波谷相遇，使光波的振动互相抵消，形成暗条纹。如果用白光照射肥皂液薄膜，在薄膜上就出现了不同颜色的彩色条纹。,条纹特点 *横向彩色条纹 *条纹间距上宽下 窄,燃起一盏酒精灯，在酒精灯火焰里洒上一些氯化钠，使火焰发出黄光。把酒精灯放在金属丝圈上的肥皂液薄膜前，仔细观察，就可在薄膜上看到火焰的反射像，像上出现了什么,出现明暗相间的横向黄色条纹,2.薄膜干涉,光照射到薄膜上时,从膜的前表面和后表面
8、分别反射出来,形成两列相干光，产生了干涉现象。,光的干涉现象在技术中有重要应用。,干涉法检测表面平整度,如果被测表面是平的，那么产生的干涉条纹就是平行的；如果被测表面某些地方不平，产生的干涉条纹就要发生弯曲：还可以了解被测表面的不平情况。这种测量的精度可达10-6cm。,（2）用干涉法检查平面：如图甲所示. 两板之间形成一层空气膜，用单色光从上向下照射，入射光从空气膜的上下表面反射出两列光波，形成干涉条纹。如果被检测平面是光滑的，得到的干涉图样必是等间距的，如果某处凹下，则对应明纹（或暗纹）提前出现，如图乙（a）所示；如果某处凸起来，则对应条纹延后出现，如图乙（b）所示。（注：“提前”与“延后
9、”不是指在时间上，而是指由左向右的顺序位置上。）,甲,增透膜。,摄影机和电影放映机 的镜头、 潜水艇的潜望镜等， 都是由透镜、棱镜等组成的。 射入光时，在元件的表面上 要发生反射，结果只有10一20的入射光通过装置，所成的像较暗。可以在透镜和棱镜的表面涂上一层薄膜（一般用氟化镁）。,当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时，在薄膜的两个面上反射的光，路程差恰好等于半个波长，发生干涉，相互抵消。这就大大减少了光的反射损失，增强了透射光的强度。这种薄膜叫增透膜。,C,光的衍射,光有衍射现象吗?,当水波通过狭缝（或障碍物）的时候，水波会弯折并绕过狭缝（或障碍物）。我们把这种波能绕过障碍物传播的现象
10、叫做衍射。,狭缝（或障碍物）的宽度与波长相当，即孔或障碍物的尺寸小于等于波长时，衍射现象最为明显。,这是波的主要特征之一。,光会发生衍射吗？,指缝间看到明暗相间的条纹,透过指缝观察灯丝,产生衍射的条件,按如图所示的方法，用两片刀片制成一个宽度可调节的狭缝。闭上一只眼睛，用另一只眼睛透过狭缝看约23m外的灯泡的灯丝，调节狭缝的宽度使其逐渐变窄，到一定的宽度后，便可以看到如图所示的图样。,当中条纹又亮又宽,为白条纹, 两侧较暗,为彩色条纹.,条纹特点:,1.光的衍射,当光通过狭缝(或障碍物)的时候，光会偏离直线路径绕到狭缝(或障碍物)阴影里去的现象，叫做光的衍射。,波长一定时，单缝越窄，现象越明显
11、，中央亮纹越宽越暗。,单缝衍射实验,光的明显衍射条件：,障碍物或孔的尺寸小于波长或者和波长差不多。,单缝衍射实验,分析归纳三幅衍射图样,单缝不变，波长越大，衍射越明显，中央亮纹越宽。,条纹不等间距，中央条纹亮而宽，两侧条纹较暗较窄，对称分布。,白光的衍射图样中央是白色的亮条纹，两边是彩色的条纹，中央亮条纹最宽最亮。,比较:双缝干涉与单缝衍射图样,X = L/d,当保持狭缝到光屏的距离不变，屏上明暗相间的条纹间距随缝宽的减小而宽大。,干涉条纹与衍射条纹的区别,干涉：等距的明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱较慢。,衍射：中央有一条较宽亮条纹，两边是对称明暗相间的条纹，亮条纹的亮度向两边减弱得很
12、快。,衍射现象,衍射现象,狭缝,1.光的衍射,当光通过狭缝(或障碍物)的时候，光会偏离直线路径绕到狭缝(或障碍物)阴影里去的现象，叫做光的衍射。,当我们用激光束照射一个不透明的小圆盘，在像屏上观察到如图所示的图样。,条纹特点,阴影外有明暗相间的圆条纹，阴影中心有一亮点,各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。光的衍射现象表明，光沿直线传播只是一种近似的规律:,只有在光的波长比障碍物小得多的情况下，光才可被看做是直进的。 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了。,观察上述实验，发现不透明圆盘的阴影中心，有一个亮斑。,这个亮斑首先由法国科学家泊松从理论上计算
13、出，后另一科学家菲涅耳从实验中观察到。称为“泊松亮斑”。,2.光具有波动性,干涉和衍射是波特有的现象,光的干涉和衍射现象表明光具有波动性.,光是什么性质的波?,19世纪60年代,麦克斯韦预言了电磁波的存在,并从理论上得出,电磁波在真空中的传播速度与当时所测得的光速非常接近.,由此,麦克斯韦预言光在本质上是一种电磁波,提出了光的电磁说.,后来,赫兹做了一系列实验,证实了电磁波的存在.,3.光的电磁说,光是一种电磁波.可见光的频率范围在3.8410 14Hz-7.6910 14Hz之间,电磁波谱,波长由长到短排列:无线电波,微波,红外线,可见光(红,橙,黄,绿,蓝,靛,紫),紫外线,X射线,射线.
14、,1.它们都有反射,折射,衍射和干涉的特点.,2.在真空中的传播速度相同,都等于光速.,3.它们都遵循频率,波长与波速的关系V= f,波粒二象性,一、人类对光的本性认识的历史进程：,微粒说：认为光是一种粒子 代表人物：牛顿,波动说：认为光是一种波 代表人物：惠更斯,光的电磁说：光是电磁波提出者：麦克斯韦,二、光电效应与光电流：,物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。,光电管就是利用光电效应制成的一种光学元件，它的作用是把光信号转变为电信号,由于光电效应在电路中形成的电流叫光电流。,光电流 光电子在外电路中运动形成的电流,三、光电效应的规律：,光电效应的实验规律：,光
15、电效应发生时间非常短暂，几乎不需要时间,只有当入射光的频率高于某一频率v0时才能发生光电效应，把这一频率v0叫极限频率,单位时间内发射的光电子数目跟入射光的强度成正比,光电子的最大初动能只跟入射光的强度无关，它随入射光的频率增大而增大,四、波动理论对光电效应的解释的困难：,五、量子假说 光子：,爱因斯坦的光子假说：,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，光子的能量E 跟光的频率成正比。光子的能量 Eh其中h是一个常量，叫普朗克常量：h=6.631034J.s,3.爱因斯坦的光量子假设,1.内容,光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也
16、是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：,2.爱因斯坦光电效应方程,3. 从方程可以看出光电子初动能和照射 光的频率成线性关系4.从光电效应方程中，当初动能为零时， 可得极极限频率：,爱因斯坦对光电效应的解释：1. 光强大，光子数多，释放的光电子也 多，所以光电流也大。2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属 表面逸出，所以不需时间的累积。,由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣
17、获1921年诺贝尔物理学奖。,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。,4.光电效应理论的验证,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“光量子”理论的正确。,六、光电方程 光子说对光电效应的解释：,在光电效应中，入射光的能量等于出射的光电子的最大初动能与逸出功之和：即： 或这叫爱因斯坦光电效应方程，简称光电方程,使金属表面的电子能挣脱原子核的引力而逸出成为光电子所需做的功叫逸出功,1、_的现象称为光电效应，发射出 来的电子叫_ 。,物体在光的照射下
18、发射电子,光电子,巩固练习：,2、光电管的作用是把 _ 信号转变为_信号。由 于光电管发生光电效应而在电路中形成的电流叫_。,光,电,光电流,3、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时 ( ) A锌板带正电，指针带负电 B锌板带正电，指针带正电 C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指针带负电,B,巩固练习：,5、已知铯的极限频率为4.5451014Hz，钠为6.01014Hz，银为1.1531015Hz，铂为1.5291015Hz，当用波长为375nm 的光照射它们时，可发生光电效应的是_。 （光速c=3.0
19、108m/s，光速与波长、频率的关系：c =f ）,铯和钠,4、若用绿光照射某种金属板不能发生光电效应，则下列哪一种方法可能使该金属发生光电效应（ ） A. 增大入射光的强度 B. 增加光的照射时间 C. 改用黄光照射 D. 改用紫光照射,D,6、某种频率的光射到金属表面上时，金属表面有电子逸出，若光的频率不变而强度减弱，那么下述结论中正确的是 A光的强度减弱到某一数值时，就没有电子逸出 B逸出的电子数一定减少 C逸出的电子数有可能增加 D逸出的电子数有可能不变,B,7、下列关于光电效应的说法正确的是（ ） A光电子的动能随照射光频率的增大而增大 B光电子的初速度与照射光的频率成正比 C光电子
20、的最大初动能与照射光的频率成正比 D光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大,8、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应（ ） A改用红光照射 B增大绿光的强度 C增大光电管上的加速电压 D改用紫光照射,D,D,巩固练习：,9、已知某单色光的波长为，在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该电磁波辐射的能量子的值为( ) Ahc / Bh/c Ch / Dhc,10、某激光器能发射波长为的激光，发射功率为P，真空中光速为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒发射的光量子数为 ( ) A. P / hc B. hP/c C. cP / h D. hP / c,
21、A,A,11、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长甲乙丙，则： A、用三种入射光照射金属a ，均可发生光电效应 B、用三种入射光照射金属c ，均可发生光电效应 C、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应 D、用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应,A,12、用波长为的单色光照射某金属逸出光电子的最大初动能为用波长为2的单色光照射该金属逸出电子的最大初动能的n倍,则能使该金属发生光电效应的最大波长是多少?,13、波长为0.17m的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子，光电子在磁感强度为B的匀强磁场中，做最大半径为
22、r的匀速圆周运动时，已知 rB=5.610-6Tm，光电子质量m=9.110-31Kg，电量e =1.610-19C，求：(1)每个光电子的最大初动能；(2)金属筒的逸出功,(1)4.4110-19J (2)7.310-19J,部分金属的极限频率和波长,光电效应的四大定律,1.任何一种金属，都有一个极限频率（又叫红限），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。,2.光电子的最大初动能跟入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。,3.从光开始照射到释放出光电子，整个过程所需时间小于310-9秒。,4.当入射光的频率大于极限频率时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光频率无关，跟入
23、射光强度成正比。,波动说的困难,1。根据波动理论：波的能量取决于振幅，而不取决于频率。而规律1和规律4表明，光的能量与频率有关。,2。能量的积累需要时间，根据波动理论研究，光电子的发射需要较长的时间（几十秒甚至几分钟）。,二、爱因斯坦的光子说,1、光子说的内容：在空间传播的光的辐射能是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量跟光的频率成正比 ，Eh,公式中h叫做普朗克恒量，实验测出h=6.6310-34 焦秒,2、光子说成功地解释了光电效应的规律,3、爱因斯坦光电效应方程hv=1/2mv2+W,光 电 效 应,一、光电效应1、金属及其化合物在光的照射下，释放电子的现象，叫做
24、光电效应。2、光电效应的规律：（1）任何金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应；（2）光电子的最大初动能跟入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大；（3）从光开始照射到释放出光电子，整个过程所需时间小于310 -9秒；（4）当入射光频率大于极限频率时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光频率无关，跟入射光强度成正比。 3、光的波动理论无法解释光电效应的规律 二、爱因斯坦的光子说1、光子说的内容：在空间传播的光的辐射能是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量跟光的频率成正比 ，Eh2、光子说成功地解释了光电效应的规律3、爱因斯坦光电效应
25、方程 hvw1/2mv2 三、光电管及其在技术上的应用,思考题,下列说法是否正确：1、光的频率高，光子的能量大，光就强，产生的光电流也强。2、光电子的动能大，电子跑得快，光电流也强。,练 习 题,1、判断：关于光电效应下列哪些说法是正确的，哪些是错误的？ （1）只要入射光的强度足够大，就可以产生光电流； （2）光电流的强度与入射光的频率有关，光的频率越大，光电流越大； （3）入射光的频率高于极限频率时，光的强度越大，光电流越大； （4）入射光的频率高于极限频率时，光的强度越大，产生的光电子的最大初动能越大； （5）入射光的频率高于极限频率时，光的频率越大，产生的光电子的最大初动能越大,2、用图
26、所示装置研究光电效应现象，光阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连当滑动头P从a移到c的过程中，光电流始终为零为了产生光电流，可采取的措施是（ ）A增大入射光的强度 B增大入射光的频率C把P向a移动 D把P从c向b移动,一、下列说法是否正确：1、光的频率高，光子的能量大，光就强， 产生的光电流也强。2、光电子的动能大，电子跑得快，光电流也强。,二、关于光电效应下列哪些说法是正确的，哪些是错误的？ （1）只要入射光的强度足够大，就可以产生光电流； （2）光电流的强度与入射光的频率有关，光的频率越大，光电流越大； （3）入射光的频率高于极限频率时，光的强度越大，光电流越大； （4）入射光的频率高于极限频率时，光的强度越大，产生的光电子的最大初动能越大； （5）入射光的频率高于极限频率时，光的频率越大，产生的光电子的最大初动能越大,
