光电效应教案.doc

3-5《光电效应》教学设计

教学目标
知识与技能：
（1）通过实验了解光电效应的实验规律。
（2）知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（3）了解康普顿效应，了解光子的动量
过程与方法：
1、经历“探究光电效应的规律”过程，体验实验探究的方法；
2、尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
情感态度与价值观目标：
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
教学重点难点：
1、教学重点是光电效应的规律的探究和理论解释，用光子说对光电效应的理论和规律进行解释
2、难点是用光子说来解释光电效应的规律。
教具:
锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪．多媒体
（一）引入新课
回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？
（多媒体投影）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。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
（二）进行新课
1、光电效应
实验演示1：（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。上述实验说明了什么？（表明锌板在射线照射下失去电子而带正电）
概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。
2.光电效应实验规律
师生共同探究光电效应产生的条件。提出定量研究的问题并出示实验装置，利用此装置，让学生明确：
①如何调整入射光的频率？
②如何调整入射光的强度？
③测试仪的作用是什么？
进行实验探究：
一、改变金属和入射光的频率，得到发生光电效应的条件：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率才能产生光电效应，不同金属极限频率不同。（结论1）
二，探究光电子动能的大小：通过改变阴极K和阳极A间的电压，得到金属的截止电压，由此分析得到光电子的初动能，并得出结论2：光电子的最大出动能与入射光的强度无关，之随入射光的频率增大而增大。
三，探究光电流的大小，在保证能够发生光电效应的前提下改变入射光的强度，从而得到结论3：当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，若入射光越强则光电流越大，同时得到结论4：光电子发射几乎是瞬时的。
3、光电效应解释中的疑难
师：通过以上实验研究出光电效应规律，你能用经典电磁理论解释光电效应吗？
生：不能
师：经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流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。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。
光电效应具有瞬时性。而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。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
4、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hν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν的光是由大量能量为E=hν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c运动。
（2）爱因斯坦光电效应方程
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W0，另一部分变为光电子逸出后的动能Ek。由能量守恒可得出：
W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功。Wk为光电子的最大初动能。
（3）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。
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，可得极限频率：
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。
5、光电效应在近代技术中的应用
（1）光控继电器
可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。

（2）光电倍增管
可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。

[板书设计]：
光电效应
光电效应实验规律
光电效应解释中的疑难
爱因斯坦