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文檔簡介
1、光電效應教案示例一、教學目標:(一)知識目標:1、了解光電效應的產(chǎn)生條 件、規(guī)律及光子學說.2、了解光的量子性,會用 光子說解釋光電效應現(xiàn)象.(二)能力目標:1、培養(yǎng)學生觀察能力、分 析能力,對實驗事實加以解釋的能力.(三)情感目標:1、引導學生探索知識之間 的聯(lián)系,滲透了 “當理論與新 的實驗事實不相符時,要根據(jù) 事實建立新的理論”一一即實 踐是檢驗真理的唯一標準的科 學思想. 二、教學用具:光電效應 演示器,應急燈,紫外線燈,X 射線管,感應圈,靈敏檢流計.三、教學重點和難點:從 實驗現(xiàn)象總結(jié)出光電效應的規(guī) 律,經(jīng)典理論在解釋光電效應 遇到的困難.四、課堂總體設計:發(fā)揮教師的主導作用,以
2、演示實驗為基礎(chǔ),逐步引導學 生通過對演示現(xiàn)象的觀察,得 出光電效應的規(guī)律.通過對經(jīng) 典波動理論無法解釋光電效應 的分析,培養(yǎng)學生運用已知知 識分析新的事驗事實的能力,讓學生進一步體會到實踐是檢 驗真理的唯一標準.五、教學過程:(一)課題引入前幾節(jié)課我們了解了人們 在研究光的本性過程提出的幾 種有代表性的學說.(由于前 面幾節(jié)內(nèi)容已經(jīng)涉及了光的微 粒說和波動說的發(fā)展過程,可 以簡單回顧)自從麥克斯韋提 出光的電磁說,赫茲又用實驗 證實了麥克斯韋的理論后,光 的波動理論發(fā)展到了完善的地步.可是,光電效應的發(fā)現(xiàn)又 給光的波動理論帶來了前所未 有的困難.今天我們就來通過 實驗研究光電效應的規(guī)律,并 且
3、通過分析光電效應的規(guī)律弄 清為什么波動理論無法解釋光 電效應現(xiàn)象.(二)新課進行.1、介紹實驗裝置一一演示 實驗一一觀察分析實驗現(xiàn)象I I這一階段介紹什么是光電 效應.從演示入手,引導學生觀察并分析實驗現(xiàn)象,為下面 的研究光電效應規(guī)律作準備.介紹一下光電效應實驗裝 置.(分別介紹鋅板、銅網(wǎng)、 高壓電源、檢流裝置,一邊介 紹,一邊在黑板上畫出整個裝 置的示意圖)介紹裝置后畫出裝置示意 圖一一將具體的較復雜的實驗 裝置變?yōu)楹喢鞯陌瀹嫞怀隽嗽?,有助于后面對實驗事?的進一步分析.問題1:把高壓電源接通, 檢流裝置接上,為什么檢流計 不發(fā)生偏轉(zhuǎn)?(電路還處于斷開狀態(tài).鋅 板和銅網(wǎng)之間.中間是空氣,
4、 不能導電.)問題2:現(xiàn)在讓我們用紫 外線照射鋅板,(介紹紫外線 燈,用紫外照射鋅板,檢流計 指針偏轉(zhuǎn)).觀察用紫外線照射鋅板時,看到了什么現(xiàn)象? 為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象?(看到檢流計指針發(fā)生了 偏轉(zhuǎn),說明電路中出現(xiàn)了電 流.)問題3:分析電流可能是 哪種原因產(chǎn)生的?(可能是紫外線使空氣電 離,也可能是紫外線使鋅板飛 出了電子.)教師用銅板代替鋅板,則 指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn),這樣,排除排除了空氣被電離的可能 性.通過實驗現(xiàn)象總結(jié):鋅板 在紫外線的照射下,飛出了電 子,這種物體在光照下有電子 飛出的現(xiàn)象叫光電效應;在光 照下從物體中飛出的電子叫光 電子,電路中的電流叫光電流.(板書:光電效應,光電 子
5、;光電流)(板畫:光電效 應的形成過程)2、研究光電效應的規(guī)律精心整理用應急燈的可見光照射鋅 板,而后用X射線照射鋅板, 由于用可見光照射時無電流, 用X射線照射時有電流.指出: 可見光頻率較低,不能發(fā)生光 電效應,X射線頻率較高,可 以發(fā)生光電效應.I I教師總結(jié):可見光,紫外 線,X射線都是電磁波,只是 頻率高低不同.用不同頻率的 各種電磁波照射同一種金屬 板,發(fā)現(xiàn),當頻率低到一定程 度后,不論怎樣增大入射光強 度,怎樣延長照射時間,都無 精心整理法發(fā)生光電效應.這一頻率界 限就叫極限頻率.(板書:二、規(guī)律:任何 一種金屬,都存在極限頻率” 只有當入射光小。時,才能發(fā)生 光電效應.)問題4
6、:發(fā)生光電效應時, 若將高壓電源去掉,檢流計中 仍能發(fā)現(xiàn)有電流通過.這說明 什么呢? (飛出的電子不需要加速 電壓,能從鋅板飛向銅網(wǎng).這也說明飛出的電子具有一定的 初速度,具有一定的初動能.)問題5:光電子的這一初 動能是從哪里來的呢?(從入射光中獲得.用不 同的光一一不同頻率,不同光 強一一照射同一金屬.發(fā)現(xiàn): 光電子的最大初動能與入射 光強度無關(guān),只與入射光頻率 有關(guān);4且隨入射光頻率的增 大而增大.)(板書:2、光電子的最大 初動能月與入射光強度無關(guān),只隨入射光頻率的增大而增大) 這是光電效應的第二條規(guī)律.讓學生觀察在能發(fā)生光電 效應的情況下,從光照開始到 光電效應發(fā)生,需要的時間長(用
7、X射線照射鋅板,讓 X射線不斷地斷、續(xù)照射,檢 流計指針的偏轉(zhuǎn)也斷、續(xù)發(fā)生). I r-mJ'1"»- .|問題6:大家看到的現(xiàn)象 說明了什么問題?(光電效應發(fā)生非???科 學家用儀器測出了光電效應的發(fā)生時間,在時s以下.在這段 時間中,光只能通過約 20-30cm的距離.可以說光電 效應的發(fā)生幾乎是瞬時的.)板書(3、光電效應的發(fā)生 幾乎是瞬時的教師講解:通過研究的光 電效應的第二條規(guī)律中,我們 知道入射光強不影響光電子的 最大初動能.I I問題7:入射光強不影響 光電子的最大初動能,那么入射光強可以對什么發(fā)生影響 呢?(把紫外線管靠近鋅板, 改變紫外線管與鋅板的
8、距離, 檢流計指針偏轉(zhuǎn)幅度相應地發(fā) 生變化)這個現(xiàn)象說明什么? (說明入射光強度增大時,光 電流強度也增大.精確的實驗 表明,光電流強度與入射光強 度成正比關(guān)系,這是光電效應 的第4條規(guī)律.)(板書:4、光電流隨入射 光強度的增大而增大.)通過對實驗現(xiàn)象的觀察、 分析,得出了光電效應的規(guī) 律.通過閱讀課本,讓學生熟 悉這4條規(guī)律.看表格思考下 列問題:幾種金屬的極限須率 也 和極限波長為艷鉀辟銀舶ko /Hz43 11T5.39乂卬49 07 *1。河11,5 xia«415,3 K 101上% /nm66055g372260196(1)某光恰能使鋅發(fā)生光 電效應,那么能使課本中表格
9、 內(nèi)哪些金屬發(fā)生光電效應?(2)表中哪種金屬最易發(fā) 生光電效應?(3)為什么各種金屬的極 限頻率不同?)3、波動理論在解釋光電效 應時的矛盾為什么說光的波動理論無 法解釋光電效應的規(guī)律?從光 電效應的發(fā)生過程來看,電子 吸收入射光能量后才能掙脫原 子核的束縛,所以我們應從能 量的角度來分析光效應.光的 波動理論是這樣描述光的能量 的:(1)能量是連續(xù)的;(2) 振幅(光強)越大,光能越大,光的能量與頻率無關(guān).大家想 一想,波動理論為什么無法解 釋光電效應的規(guī)律?(1)我們先來分析第一條 規(guī)律:存在極限頻率.按波動理論,不論什么頻 率的光,只要光強足夠大,就 應該發(fā)生光電效應,不應存在 極限頻率
10、. I r-"4.|(板書:波動理論的困難: 1、不應存在極限頻率)(2)波動理論能解釋光電 子的最大初動能與入射光強無 關(guān)嗎?按波動理論,入射光強越 大,光能越大,飛出的光電子 初動能就應越大.事實是光電 子的最大初動能僅與入射光頻 率有關(guān).(板書:2、光電子最大初 動能£的大小應與光強有關(guān),與 無關(guān))(3)光電效應幾乎是瞬時 發(fā)生的.也就是說,不論入射光強多么弱,只要-S就立即 能發(fā)生光電效應.光太弱時, 按波動理論,要達到使光電子 飛出的能量,要有一個能量積 累過程.事實上光電效應幾乎 瞬時發(fā)生說明一旦發(fā)生光電效 應,幾乎不需要能量的積累過 程.(板書:3、弱光照射時
11、應 有能量積累過程,不應瞬時發(fā) 生)(4)波動理論能夠解釋第 四條規(guī)律一一隨著光強的增 大,光電流也在增大.通過上面的分析,光的波 動理論在解釋光電效應時遇到 了巨大的困難.后來,愛因斯 坦在普朗克量子化理論的啟發(fā) 下,提出了光子學說.4、光子說閱讀課文分析:問題8:光子說與波動理 論的主要區(qū)別是什么?(光子說認為能量是一份 一份的,與頻率有關(guān),而波動 說認為能量是連續(xù)的,與頻率 無關(guān).)精心整理普朗克認為電磁波的發(fā)射 和吸收不是連續(xù)的,而是一份 一份的進行的,理論計算的結(jié) 果才能和實驗事實相符,這樣 的一份能量叫做能量子,普朗 克還認為每一份能量等于 中®叫做普朗克常量,實驗測 得
12、:普朗克將物理學帶進了量 子世界,受到普朗克的啟發(fā), 愛因斯坦在1905年提出,在空 間中傳播的光也不是連續(xù)的, 而是一份一份的,每一份叫做 一個光量子,簡稱光子,光子精心整理的能量,跟光的頻率成正比, 即:Ehv這個學說后來就叫做光子 說.(關(guān)于光子說的內(nèi)容可以 讓學生自學)光子說的這兩點實際上是 針對波動理論的兩大要害提出 的.愛因斯坦當時在實驗事實 還不是很充分的時候,提出了 光子說,是對科學的重大貢 獻.這也說明理論與新的實驗 事實不符時,要根據(jù)事實建立新的理論,因為實踐是檢驗真 理的唯一標準.5、光電效應方程(1)光電效應中,金屬中 的電子在飛出金屬表面時要克 服原子核對它的吸引而做功, 某種金屬中的不同電子,脫離 這種金屬所做的功也不一樣, 使電子脫離某種金屬所做的功 的最小值叫做這種金屬
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