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教案 光電效應(yīng)

光電效應(yīng)

三維教學(xué)目標(biāo)

1、與技能

(1)通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(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

2、過程與：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的研究物理問題，驗證物理規(guī)律。

3、情感、態(tài)度與價值觀：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，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

教學(xué)重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

教學(xué)難點：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義

教學(xué)方法：啟發(fā)、引導(dǎo)，討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備

(一)引入新課

回顧前面的，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，見課件。)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)

實驗演示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)線與不帶電的驗電器相連)，使驗電 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鋅板，則驗電器的指針張角會變大。上述實驗說明了什么?(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)的實驗規(guī)律

(1)光電效應(yīng)實驗

如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。

概念：遏止電壓，將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當(dāng) K、A 間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值 Uc 時，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。

根據(jù)動能定理，有：

(2)光電效應(yīng)實驗規(guī)律

① 光電流與光強(qiáng)的關(guān)系：飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。

② 截止頻率νc ----極限頻率，對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率νc ，當(dāng)入射光頻率ν>νc 時，電子才能逸出金屬表面;當(dāng)入射光頻率ν <νc時，無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面。

③ 光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電子逸出所需時間<10-9s。

3、光電效應(yīng)解釋中的疑難

經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實驗結(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)實驗表明：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hν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ν 的光是由大量能量為 E =hν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

①光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。

②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。

③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

④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)，因為它完全違背了光的波動理論。

5、光電效應(yīng)理論的驗證

美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗 高中生物，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。

6、展示演示文稿：愛因斯坦和密立根

由于愛因斯坦提出的光子假說地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。

點評：應(yīng)用物理學(xué)家的資料，不僅有真實感，增強(qiáng)了說服力，同時也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。

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，自動計數(shù)、自動報警、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105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。

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