光電效應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、3-5 光電效應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)知識與技能：（1）通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。（2）知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。（3）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量過程與方法：1、經(jīng)歷“探究光電效應(yīng)的規(guī)律”過程，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的方法； 2、嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律。情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)： 領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)：1、教學(xué)重點(diǎn)是光電效應(yīng)的規(guī)律的探究和理論解釋，用光子說對光電效應(yīng)的理論和規(guī)律進(jìn)行解釋2、難點(diǎn)是用光子說來解釋光電效應(yīng)的規(guī)律。教具:鋅板、驗(yàn)電器、紫外線燈、白熾燈、絲綢、玻璃棒

2、、光電效應(yīng)演示儀多媒體（一）引入新課 回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程？ （多媒體投影）光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光還是橫波。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。然而，出人意料的是，正當(dāng)人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問題的研究，使得人們對光的又一本質(zhì)性認(rèn)識得到了發(fā)展。（二）進(jìn)行新課1、光電效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)演示1：（課件輔助講述）用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電 器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近

3、鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會變大。上述實(shí)驗(yàn)說明了什么？（表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電） 概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫做光電子。2. 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 師生共同探究光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件。提出定量研究的問題并出示實(shí)驗(yàn)裝置，利用此裝置，讓學(xué)生明確： 如何調(diào)整入射光的頻率？ 如何調(diào)整入射光的強(qiáng)度？ 測試儀的作用是什么？ 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究： 一、改變金屬和入射光的頻率，得到發(fā)生光電效應(yīng)的條件：入射光線的頻率大于等于該金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，不同金屬極限頻率不同。（結(jié)論1） 二，探究光電子動能的大?。和ㄟ^改變陰極K和陽極A間的電壓，得到金屬

4、的截止電壓，由此分析得到光電子的初動能，并得出結(jié)論2：光電子的最大出動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，之隨入射光的頻率增大而增大。 三，探究光電流的大小，在保證能夠發(fā)生光電效應(yīng)的前提下改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，從而得到結(jié)論3：當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，保持頻率不變，若入射光越強(qiáng)則光電流越大，同時得到結(jié)論4：光電子發(fā)射幾乎是瞬時的。3、光電效應(yīng)解釋中的疑難師：通過以上實(shí)驗(yàn)研究出光電效應(yīng)規(guī)律，你能用經(jīng)典電磁理論解釋光電效應(yīng)嗎？ 生：不能 師： 經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該

5、越大。也就是說，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強(qiáng)再大也沒有光電流。 光電效應(yīng)具有瞬時性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。 為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。4、愛因斯坦的光量子假設(shè) （1）內(nèi)容 光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為 的光是由大量能量為 E

6、 =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動。 （2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程 在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽?Ek 。由能量守恒可得出： W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功。Wk為光電子的最大初動能。（3）愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋 光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。 電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。 從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系 從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得極限頻率： 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動理論。5、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用 （1）光控繼電器 可以用于自動控制，自動計(jì)數(shù)、自動報(bào)警、自動跟蹤等。 （2）光電倍增管可對微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105108倍，靈敏