高中物理魯科版5第五章波與粒子第1節(jié)光電效應(yīng)

〖教學(xué)目標(biāo)〗1.理解光電效應(yīng)中極限頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾.2.知道光電效應(yīng)的瞬時性及其與光的電磁理論的矛盾．3.理解光子說及對光電效應(yīng)的解釋.4.理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程并會用來解決簡單問題．〖教學(xué)重點〗光電效應(yīng)現(xiàn)象,光電效應(yīng)規(guī)律,光子說.〖教學(xué)難點〗光電效應(yīng)規(guī)律,光子說及其對光電效應(yīng)的解釋.〖教學(xué)用具〗驗電器，鋅板，弧光燈，絲綢，玻璃棒，電源，導(dǎo)線等.〖主要教學(xué)過程〗引入出具一塊絕緣金屬板(鋅板)通過什么方式可以使其帶上電?與起電機相連，使其帶電．用帶電物體與其接觸，使其帶電．將一帶電體靠近金屬板，使其感應(yīng)起電．為了能夠檢驗金屬板是否帶上電，再將其與驗電器連接．新課教學(xué)問：是否還有其他方法?演示：用弧光燈照射鋅板，觀察到驗電器指針張開，思考：此時金屬板帶何種電荷?如何檢驗?并敘述結(jié)論．結(jié)論：用光照的方法也可以使物體帶電．用絲綢摩擦過的玻璃棒與金屬板接觸，驗電器張角增大，說明金屬板缺少了電子(有電子逸出)．我們把這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)．一、光電效應(yīng)光子l、光電效應(yīng)：在光的照射下物體發(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。猜想：具備哪些條件才可能發(fā)生光電效應(yīng)?理由是什么?學(xué)生：與光的強度有關(guān)，與光的顏色有關(guān)，與照射時間有關(guān)，與被照射的材料有關(guān)，理由……驗證性實驗：(1)用同一頻率的光分別照射不同金屬，有些金屬發(fā)生光電效應(yīng)有些金屬則不發(fā)生。．(2)對同一金屬采用不同頻率的光照射，隨著頻率的提高(波長變短)，原本不發(fā)生光電效應(yīng)的金屬，在某一頻率光照射下，開始發(fā)生光電效應(yīng)。任何一種金屬都有發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長。(3)在能夠發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，盡管光很弱，但只要能夠照射到金屬板上，就立即會發(fā)生光電效應(yīng)，幾乎不需要時間的積累．不超過10-9s.2．與波動理論的矛盾。按照波動理論的觀點，光是電磁波，當(dāng)它照射到金屬上時，金屬中的電子會由于變化著的電場的作用而振動．不論頻率怎樣，只要照射時間足夠長，金屬中電子的能量總會積累到足以脫離金屬的程度，從而發(fā)生光電效應(yīng)．但上述實驗說明事實并非如此．造成上述矛盾的癥結(jié)在哪里?愛因斯坦在普朗克量子理論的啟發(fā)下，于1905年提出了光子說。二、光子說1.光子說⑴光子：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子。⑵光子的能量：h為普朗克常量。h=×10-34J·s每個光子的能量只決定于光的頻率。⑶光強同樣頻率的光，光的強弱的不同則反映了單位時間內(nèi)射到單位面積的光子數(shù)的多少．2.光子說對光電效應(yīng)的解釋光子照射到金屬上時，光子一次只能將其全部能量傳遞給一個電子，一個電子一次只能獲取一個光子的能量，它們之間存在著一對一的關(guān)系．電子吸收光子后，能量增加，如果能量足夠大，就能擺脫金屬中正電荷對其的束縛，從金屬表面逸出，成為光電子．如果光子的能量較小(頻率較低)，電子吸收光子后的能量不足以克服金屬中正電荷對其的束縛，則立即會將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，而不能從金屬中逸出，這就是入射光的頻率較低時，盡管照射時間足夠長，也不能發(fā)生光電效應(yīng)的原因．每一種金屬，正電荷對電子的束縛能力都不同，因此，電子逸出所需做的最小功也不一樣．光子頻率小于該頻率，無論如何都不會發(fā)生光電效應(yīng)，這就是每一種金屬都存在極限頻率的原因．金屬中的電子對于光子的吸收是十分迅速的，電子一次性獲得的能量足夠時，逸出也是十分迅速的，這就是光電效應(yīng)具有瞬時效應(yīng)的原因．三、光電效應(yīng)方程1.金屬的逸出功光電效應(yīng)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，脫離這種金屬所需的功不一樣。使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功２、愛因斯坦光電效應(yīng)方程動能最大的光電子所具有的動能Ek＝hv－w小結(jié)光子說能夠很好的解釋光電效應(yīng)．(1)由于光的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只能一份一份的吸收光子的能量．而且這個傳遞能量的過程只能是一個光子對一個電子的行為．如果光的頻率小于極限頻率，則光子提供給電子的能量不足以克服原子的束縛，就不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)而當(dāng)光的頻率大于極限頻率時，能量傳遞給電子以后，電子擺脫束縛要消耗一部分能量，剩余的能量以光電子的動能形式存在，這樣光電子的最大初動能Ekm=hν－W；其中W為金屬的逸出功．可見光的頻率越大，電子的初動能越大．(3)電子接收能量的過程極其短暫，接收能量后的瞬間即掙脫束縛，所以光電效應(yīng)的發(fā)生也幾乎是瞬間的．(4)發(fā)生光電效應(yīng)時，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光強度成正比，光強度越大意味著單位時間內(nèi)打在電子上的光子數(shù)越多，那么逸出的光電子數(shù)目也就越多．鞏固練習(xí)1.用波長為200nm的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是．用波長為160nm的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子的最大動能是多少?分析：第二次照射時光子的能量比第一次大．由于在兩次照射中鎢的逸出功是相同的，所以光電子的最大動能之差應(yīng)該等于兩次照射的光子的能量差．解根據(jù)Ek＝hv－w，對于第一次照射，有Ek1＝hv1－w對于第二次照射，有Ek2＝hv2－w兩式相減，得Ek2－EK1＝hv2－h(huán)v1即Ek2＝EK1+h(v2－v1)波長為200nm和波長為160nm的光子的頻率分別為,將各量代入上式,得第二次照射時光電子的最大初動能為Ek2＝EK1+h(v2－v1)＝2．入射光射到金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若使入射光的強度減弱而頻率不變，那么A．光照射到金屬表面上到發(fā)生光電效應(yīng)之間的時間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動能將減小C．一定會發(fā)生光電效應(yīng)D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)3．在演示光電效應(yīng)的實驗中，把某金屬板連在一驗電