高中物理教科版高中選修35第四章波粒二象性高中物理教科版選修4.2教學(xué)設(shè)計(jì)光電效應(yīng)

第二節(jié)《光電效應(yīng)與光的量子說》教材分析教材分析課本中先介紹光電效應(yīng)現(xiàn)象，在學(xué)習(xí)光子說，最后用光子說解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。本節(jié)內(nèi)容說明光具有粒子性，從而引出量子論的基本知識(shí)。對(duì)于光電效應(yīng)現(xiàn)象先要求學(xué)生記住光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后運(yùn)用光子說去解釋它，這樣可以加深學(xué)生的理解，學(xué)生應(yīng)該會(huì)根據(jù)溢出功求發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率，可以運(yùn)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能(1)知道光電效應(yīng)中截止頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾．(2)知道光子說及其對(duì)光電效應(yīng)的解釋(3)掌握愛因斯坦光電效應(yīng)方程并會(huì)用它來解決簡(jiǎn)單問題．2、過程與方法：通過讓學(xué)生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識(shí)的能力和提出問題的能力3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 教學(xué)重難點(diǎn)通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)導(dǎo)科學(xué)技術(shù)的重要性教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律難點(diǎn)：愛因斯坦光電效應(yīng)方程及意義課前準(zhǔn)備課前準(zhǔn)備多媒體課件及相關(guān)教材教學(xué)過程教學(xué)過程一、|回顧光學(xué)發(fā)展史光的電磁說：光是電磁波提出者：麥克斯韋微粒說：認(rèn)為光是一種粒子代表人物：牛頓光的電磁說：光是電磁波提出者：麥克斯韋微粒說：認(rèn)為光是一種粒子代表人物：牛頓二、引入：赫茲首先發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)光電效應(yīng)現(xiàn)象：觀看視頻演示，注意一下幾個(gè)問題：①視頻中實(shí)驗(yàn)如何操作②視頻中白熾燈和紫外燈照射的現(xiàn)象，能推導(dǎo)出什么結(jié)論③光電效應(yīng)現(xiàn)象是什么？三、新課講授

從.視頻現(xiàn)象總結(jié)：一、光電效應(yīng)①光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象．②．光電子：光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子．二．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)存在極限頻率對(duì)于給定的光電陰極材料，都存在一個(gè)發(fā)生光電效應(yīng)所需的入射光的最小頻率ν0，叫做光電效應(yīng)的截止頻率，亦稱為極限頻率．只有超過截止頻率的光，才能引起光電效應(yīng)．不同金屬材料的截止頻率不同．(2)存在飽和電流：當(dāng)入射光的頻率高于截止頻率、光電流出現(xiàn)時(shí)，光電流的大小由光強(qiáng)決定，光強(qiáng)越大，光電流越大．(3)光電子的最大初動(dòng)能和遏制電壓：從陰極發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性關(guān)系．(4)瞬時(shí)性：只要光的頻率大于截止頻率，即使用極弱的入射光，光電子總能立刻(約10－9s)發(fā)射出來．三、波動(dòng)說解釋光電效應(yīng)遇到的困難波動(dòng)理論光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果困難1光能由振幅決定，與光頻率無關(guān)，只要光強(qiáng)足夠大（不論入射光的頻率多），總可以使電子獲得足夠的能量從而發(fā)生光電效應(yīng)如果ν﹤

ν0，無論光強(qiáng)有多大，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，光能應(yīng)由光頻率來決定困難2光強(qiáng)越大，電子可獲得更多能量，光電子的最大初動(dòng)能也應(yīng)該越大，遏止電壓也應(yīng)越大。即出射電子的最大初動(dòng)能應(yīng)該由光強(qiáng)來決定光電子的最大初動(dòng)能、遏止電壓都與光強(qiáng)無關(guān)，而與頻率有關(guān)困難3光強(qiáng)大時(shí)，電子能量積累的時(shí)間就短，光強(qiáng)小時(shí)，能量積累的時(shí)間就長(zhǎng)當(dāng)入射光照射到光電管陰極時(shí)，無論光強(qiáng)怎樣，幾乎瞬間就產(chǎn)生了光電子四、愛因斯坦的光量子概念，光電效應(yīng)方程1、光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，這些能量子稱為光子．2．光電效應(yīng)方程(1)對(duì)光電效應(yīng)的說明在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，其中一部分用來克服金屬的逸出功W，另一部分為光電子的初動(dòng)能Ek.(2)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W.問：不同頻率的光照射到同一金屬表面發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的初動(dòng)能是否相同？由于同一金屬的逸出功相同，而不同頻率的光的光子能量不同，由光電效應(yīng)方程可知，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，逸出的光電子的初動(dòng)能是不同的．問．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比嗎？不成正比．光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系．3．愛因斯坦光子理論對(duì)光電效應(yīng)的解釋(1)解釋極限頻率的存在：光照射到金屬板時(shí)，光子將能量傳遞給電子，每個(gè)光子的能量為hν，所以一個(gè)光子傳遞給一個(gè)電子的能量為hν，電子要脫離原子核的引力，有一個(gè)最小能量，最小能量對(duì)應(yīng)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)入射光的最小頻率，即極限頻率．如果小于這一頻率，即使增大光強(qiáng)，也不會(huì)使電子逸出．這是因?yàn)樵龃蠊鈴?qiáng)，只是增加了吸收光子能量的電子數(shù)，單個(gè)電子吸收的光子能量仍為hν，電子仍不能逸出．(2)解釋光電效應(yīng)的瞬時(shí)性：電子吸收光子的能量時(shí)間很短，幾乎是瞬時(shí)的．如果入射光頻率低于極限頻率，即使增加照射時(shí)間，也不能使電子逸出．因?yàn)橐粋€(gè)電子吸收一個(gè)光子后，在極短的時(shí)間內(nèi)就可以把能量傳遞給其他粒子，所以電子不可能通過能量積累逸出金屬表面．(3)解釋最大初動(dòng)能與頻率的關(guān)系：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝W＋eq\f(1,2)mv2可知，電子從金屬中逸出所需克服束縛而消耗的能量的最小值為逸出功，從金屬表面逸出的電子消耗的能量最少，逸出時(shí)的動(dòng)能值最大，稱為最大初動(dòng)能．就其他逸出的電子而言，離開金屬時(shí)的動(dòng)能小于最大初動(dòng)能．最大初動(dòng)能的大小與光的強(qiáng)度無關(guān)，與光的頻率有關(guān)．4、光電效應(yīng)的驗(yàn)證介紹密立根限時(shí)練1．如圖所示，用弧光燈照射鋅板，驗(yàn)電器指針張開一角度，則下列說法中正確的是()A．用紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．用紅光照射鋅板，驗(yàn)電器指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．鋅板帶的是負(fù)電荷D．驗(yàn)電器指針帶的是負(fù)電荷【解析】將擦得很亮的鋅板與驗(yàn)電器連接，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度，說明鋅板帶了電，進(jìn)一步研究表明鋅板和驗(yàn)電器指針帶正電．這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項(xiàng)A正確．紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)．【答案】A2．(多選)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．在光電效應(yīng)中，一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子C．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)D．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【解析】按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強(qiáng)無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大；但要使電子離開金屬，電子必須具有足夠的動(dòng)能，而電子增加的動(dòng)能只能來源于照射光的光子能量，且一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子，不能同時(shí)吸收多個(gè)光子，所以光子的能量小于某一數(shù)值時(shí)便不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；電子從金屬逸出時(shí)只有從金屬表面向外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最?。C上所述，選項(xiàng)B、C正確．【答案】BC3．(多選)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的截止頻率為ν0，則()A．當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子B．當(dāng)用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0C．當(dāng)照射光的頻率ν大于ν0時(shí)，若ν增大，則逸出功增大D．金屬的逸出功與照射光的頻率無關(guān)【解析】根據(jù)截止頻率跟逸出功的關(guān)系：W0＝hν0，光電效應(yīng)方程eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0，判斷A、B、D正確．【答案】ABD4．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖4-1-5甲所示．已知普朗克常量h＝×10－34J·s.圖4-1-5(1)圖甲中電極A為光電管的________(選填“陰極”或“陽極”)；(2)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek＝________J.【解析】(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運(yùn)動(dòng)，故電極A為光電管的陽極．(2)由題圖可知，銣的截止頻率νc為×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝×10－