《光電效應》教案

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，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?，突出了原理，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？（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）.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，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，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：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：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，只與入射光頻率 有關;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，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.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.(板書：2、光電子最大初 動能£的大小應與光強有關，與 無關)(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，而波動 說認為能量是連續(xù)的，與頻率 無關.）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 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