關于光電效應實驗的一點做法及實踐

1、關于光電效應實驗的一點做法及實踐很多教師在講授高中選修3-5“ 17.2 科學的轉折：光的粒子性”這節(jié)課時，發(fā)現(xiàn)對于光電效應演示實驗，按照課本介紹的方法去做，實驗不易成功。究其原因，學校實驗室一般沒有弧光燈，用普通的紫外線燈照射進行實驗，效果很差。視頻中來自重慶七中的卿昭才老師對這個演示實驗做了改進：就是用一根銅絲網(wǎng)與那個驗電器的鋁桿接在一起，和鋅板就形成一個電容器，然后用起電器給銅板起電，使其帶上正電，讓紫外線照射鋅板，會發(fā)現(xiàn)它的張角會變得更大，這樣就明顯一些。我在學習這節(jié)課時，也曾經(jīng)做了一個很小的改進，改進的辦法是在紫外光源和鋅板之間放置一帶正電的有機玻璃棒幫助光電子的逃逸，使實驗效果明顯

2、起來。如果實驗室有條件的話，在鋅板兩側，放上一對金屬平行板電容器，使其和一個高壓電源(實驗室用的J1250直流高壓電源)相連接，讓金屬板A帶正電如圖所示。演示效果特別明顯。本實驗用高壓電源時要特別注意安全，實驗結束后應該先關閉高壓電源，將A、B板用導線連接進行放電，以免造成觸電事故。國外光電效應的模擬實驗l 引 言光電效應的演示實驗是高中物理實驗的一個難點，因為這個實驗對裝置的要求較高，若驗電器的靈敏度不夠，弧光燈陰陽兩極的碳棒損壞等，均會影響實驗效果.另外學生不熟悉量子現(xiàn)象，對光電效應會感到困惑和不解.因此，如何將抽象的物理內容形象化、具體化，讓學生更好地理解光電效應的本質，是一個需要研究的

3、問題.2 實驗的內容 2.1 實驗材料和裝置直徑為2 cm 的鋼球若干，凹型滑道(滑道的橫截面為U型或型均可)，紅、橙、黃、綠、青、藍、紫記號筆或相應的顏色標記.2.2 實驗過程1)將凹槽滑道彎成如圖1所示的形狀(滑軌兩側傾角不作具體要求，依實驗儀器而定)，在滑道4cm高度處，用紅筆標上記號；2)在高14cm處，用紫色筆標上記號，依次在軌道上記下其他顏色；3)將2個鋼球放在最低點，代表原子中的價電子；4)將1個鋼球放在滑道上的紅色標記處，它代表對應的紅光光子，在7種色彩所代表的光子中能量最低；5)釋放1個“光子”，看“電子”是否會躍出“原子”外，也就是觀察鋼球是否會滑出軌道外；6)實驗后，將代

4、表光子的鋼球拿出軌道外；7)改變“光子”的起始位置進行重復模擬實驗；8)實驗中始終要在最低點保持2個“電子”并將觀察的現(xiàn)象記錄下來.2.3 實驗記錄與數(shù)據(jù)請學生記錄“光子”從哪個顏色標記開始釋放可以移動“電子”，1個“光子”是否可以移動1個甚至更多的“電子”.如果可以，請記錄這個光子的顏色，請從能量的角度出發(fā)分析觀察得到的結果.3 實驗設計的依據(jù)在物理學習的過程中，要讓學生形成正確的物理概念和理解物理規(guī)律，首先必須使學生建立一定的感性認識.這種感性認識可以來自生活環(huán)境，也可以來自實驗提供的現(xiàn)象和事實.通常，從生活中得到的感性材料多來自復雜的運動形態(tài)，往往本質、非本質的因素交融在一起.因此，僅通

5、過這種途徑來使學生建立概念和認識規(guī)律有時會遇到很大的困難，運用實驗則可以提供精心選擇的、簡化和純化的素材，它能夠使學生對物理事實獲得明確、具體的認識.本文介紹的光電效應的模擬實驗正是這樣一個精心設計的、簡化的典型案例.由于光電效應遵循能量、動量守恒定律，所以它與彈性碰撞的過程具有相似性和可比性，基于此設計的模擬實驗可以定性的得出有關5個光電效應的規(guī)律.為此分析如下：1)光具有粒子性，能量是一份一份的，用鋼球來代表光子，本身就很好的說明了這一點.2)任何金屬都有截止頻率，入射光的頻率必須大于這個截止頻率，才會發(fā)生光電效應，否則，即使增加光強(增加光子的個數(shù))也無濟于事.經(jīng)過實驗前的調整，2cm高

6、度的斜坡，代表低能色光(紅、黃)中的光子的1個鋼球無法將代表電子的鋼球撞出滑道外，即便用2個同色光(同樣高度)的鋼球去撞擊2個“電子”，2個“電子”均移動，但都不能飛離原子.3)電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光的頻率的增大而增大.很明顯，代表高能色光光子的鋼球具有更高的勢能，因此撞擊的鋼球(電子)擁有更大的動能.4)每種金屬都有特定的逸出功，因此設計2 cm高度的斜坡來表示逸出功，對于不同的金屬，只需要象征性的調整斜坡的高度即可.5)光電效應具有瞬時性.從“光子”撞擊“電子”，到“電子”飛出滑道所需要的時間相對較短.4 實驗要點該實驗的設計著重于學生測量、觀察、猜測、推理、建模、

7、聯(lián)系等思維方法和基本技巧的訓練，但還應注意以下幾點.1)在學生初步了解光電效應的前提下，給學生提出問題：使用鋼球模擬光電效應好不好?經(jīng)過充分的討論，提出設計模型，并讓學生在實驗過程中思考該模型的局限性.2)在總結實驗數(shù)據(jù)初期，先讓學生用1個“光子”進行實驗，應該得到：低能量的“光子”不能移動“電子”；高能色光中每個“光子”都可以將“電子”推出原子之外；1個光子僅能移動1個“電子”.3)在學生采用1個“光子”進行實驗后，啟發(fā)學生預測：如果2個紅色光的“光子”同時擊中“電子”會有何種現(xiàn)象?部分學生會預測2個紅“光子”會有足夠的能量移動1個“電子”，實際上這是不對的，依據(jù)彈性碰撞原理，2個相同的鋼球

8、以同樣的動量撞擊2個靜止的鋼球，因為動量交換，后2個鋼球將以同樣的動量飛出去，這如同牛頓搖籃一樣.預測后讓學生實驗并描述實驗現(xiàn)象，及時解決學生理解的誤區(qū)，易于給學生留下深刻的印象.(注：牛頓搖籃實驗指質量和大小完全相同的、懸掛在同一高度的多個小球，如果給最左邊上的小球一定的動量，由于對心碰撞，將會發(fā)生動量傳遞，左邊的小球靜止，右邊的小球得到同樣的動量.如果摩擦忽略不計，小球將一直持續(xù)來回擺動.)4)為了讓學生更好的理解模型，可以提出這樣的問題：一些材料中價電子被束縛的更緊，你如何修改模型來顯示這樣的結果?這可以激發(fā)學生的參與熱情，提高學生探究的主動性，針對這一問題，會有種種修改方案，如將短的一

9、側導軌變長或變陡等來提高“電子”的逸出功.5)在一系列實驗后，為了確認學生對光電效應的理解，可以提出以下問題：將你對實驗的歸納總結與光電效應的規(guī)律相比，有哪些相同之處和不同之處?在這個模型中，如果導軌上光子勢能太小，能量將會轉化為價電子的熱能，將此與實際的光電效應作個比較.這個模型的結果也與真實實驗一致，低能光子被目標吸收，提高了金屬的溫度.6)實驗結束后，將光電效應的結論擴展應用到實際生活中，可以提出這樣的問題：攝影師經(jīng)常在暗室使用紅燈，請解釋他們?yōu)槭裁床挥盟{燈?經(jīng)過這一系列的實驗，學生不難想到攝影師選用紅燈是因為紅色光子能量較低，不足以引發(fā)膠卷的化學變化，藍燈能量較高，會影響膠卷的沖印.這讓學生洋溢著發(fā)現(xiàn)者的自豪感，體驗到成功的喜悅.當然，該模型還存在一定的局限性，恰好這一點可以說明物理模型不是封閉的模型，而是開放的模型，需