高中物理選修三6.1光電效應(yīng)及其解釋教案1

第1節(jié)光電效應(yīng)及其解釋一、教學(xué)目標(biāo)1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2、知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3、光電效應(yīng)的應(yīng)用。4、掌握光的波粒二象性。二、教學(xué)重難點(diǎn)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義光的波粒二象性的理解三、教學(xué)過(guò)程（一）光電效應(yīng)1、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(yàn)電器相連），使驗(yàn)電器張角增大到約為30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？（表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電）2、在光(包括不可見(jiàn)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(lái)的電子叫做光電子。3、裝置示意圖實(shí)驗(yàn)與探究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)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(chǎng)作用下形成光電流。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律①截止頻率νc極限頻率，對(duì)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(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率ν<νc時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。②光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)始照射到光電子逸出所需時(shí)間<109s。③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。=4\*GB3④遏止電壓，將換向開(kāi)關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開(kāi)陰極后將受反向電場(chǎng)阻礙作用。當(dāng)K、A間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時(shí)，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。根據(jù)動(dòng)能定理，有：=5\*GB3⑤光電子最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。關(guān)系圖線如圖64所示。（三）光電效應(yīng)的解釋1、經(jīng)典理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(chǎng)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(shuō)，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(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)，無(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。2、愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為hν的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說(shuō)，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(yùn)動(dòng)。3、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程（1）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?dòng)能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(dòng)能。（2）最大初動(dòng)能與光的頻率的關(guān)系圖線見(jiàn)圖654、愛(ài)因斯坦對(duì)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(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。③從方程可以看出光電子初動(dòng)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(dòng)能為零時(shí)，可得極限頻率：愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。5、光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)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、愛(ài)因斯坦和密立根由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。應(yīng)用：見(jiàn)例題與遷移。（四）光電效應(yīng)的應(yīng)用光電開(kāi)關(guān)見(jiàn)圖69為光電控制報(bào)警示意圖。光電成像見(jiàn)圖610紅外照片。（五）光的波粒二象性光的波動(dòng)性（1）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：干涉和衍射（2）表現(xiàn)：①光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述②大量的光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)光的粒子性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)（補(bǔ)充）（2）表現(xiàn)：①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)②少量或個(gè)別光子清楚地顯示出光的粒子性波粒二象性（1）波動(dòng)性和粒子性的對(duì)立、統(tǒng)一（2）表現(xiàn)：大量光子易顯示出波動(dòng)性，而少量光子易顯示出粒子性②波長(zhǎng)長(zhǎng)(頻率低)的光波動(dòng)性強(qiáng)，而波長(zhǎng)短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)四、素養(yǎng)提升1.對(duì)光電效應(yīng)的理解，正確的是()A．金屬鈉的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能逸出金屬B．如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D．由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光的最低頻率也不同【答案】B2．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(qiáng)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(shí)間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C．一定會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案：C3、在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率的關(guān)系如圖所示。若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則普朗克常量可表示為_(kāi)_______，所用材料的逸出功可表示為_(kāi)_______?！敬鸢浮縠k－eb4、關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說(shuō)法中不正確的是A．不僅光子具有波粒