《光電效應》物理說課稿

2021-02-14 說課稿

　　目的:了解光電效應的產生條件、規律及光子學說。了解光的量子性，會用光子說解釋光電效應現象。培養學生觀察能力、分析能力，對實驗事實加以解釋的能力。

　　器材: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。

　　重、難點:從實驗現象總結出光電效應的規律，經典理論在解釋光電效應遇到的困難。

　　教學過程:

　　一、引言:

　　師:前幾節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。（簡單回顧光的微粒說和波動說的發展過程）自從麥克期韋提出光的電磁說，赫茲又用實驗證實了麥克斯韋的理論后，光的波動理論發展到了完美的地步。可是，光電效應的發現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律，并且通過分析光電效應的規律弄清為什么波動理論無法解釋光電效應現象。評:點明課題，強調已經十分完美的理論又受到新的實驗事實的挑戰，引起學生的懸念，激發求知欲。

　　二、新課進行。

　　1、介紹實驗裝置。

　　師:下面給大家介紹一下光電效應實驗裝置。(分別介紹鋅板、銅網、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)

　　評:介紹裝置后畫出裝置示意圖，將具體的較復雜的實驗裝置變為簡明的板畫，突出了原理，有助于后面對實驗事實的進一步分析。

　　師:現在我把高壓電源接通，檢流裝置接上，為什么檢流計不發生偏轉?

　　生:(集體)電路還處于斷開狀態。

　　師:哪一部分斷開?

　　生:鋅板和銅網之間。中間是空氣，不能導電。

　　師:對。現在讓我們用紫外線照射鋅板，大家注意觀察。(介紹紫外線燈，用紫外照射鋅板，檢流計指針偏轉)

　　師:剛才用紫外線照射鋅板時，看到了什么現象?為什么會出現這種現象?

　　生:看到檢流計指針發生了偏轉，說明電路中出現了電流。

　　師:這電流可能是哪種原因產生的?

　　生: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。

　　師:對。這兩種可能性都有。但是，如果我們用銅板代替鋅板，則指針不會發生偏轉，這樣，排除了哪種可能性?

　　生:(集體)排除了空氣被電離的可能性。

　　師:這樣，我們就知道，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，光電流)(板畫:光電效應的形成過程)

　　評: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象，為下面的研究光電效應規律作準備。

　　師:下面我們進一步研究光電效應有哪些規律。

　　(用應急燈的可見光照射鋅板，而后用X射線照射鋅板)剛才分別用可見光和X射線照射鋅板，大家看到了什么現象?

　　生:(集體)用可見光照射時無電流，用X射線照射時有電流。

　　師:這又說明了什么呢?

　　生:可見光頻率較低，不能發生光電效應，X射線頻率較高，可以發生光電效應。

　　師:對。我們知道，可見光，紫外線，X射線都是電磁波，只是頻率高低不同。科學家們還用不同頻率的各種電磁波照射同一種金屬板，發現，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，都無法發生光電效應。這一頻率界限就叫極限頻率。

　　(板書:二、規律:任何一種金屬，都存在極限頻率V。，只有當入射光V>V。，才能發生光電效應。)

　　師:科學家還發現，發生光電效應時，若將高壓電源去掉，檢流計中仍能發現有電流通過。這說明什么呢?

　　生:飛出的電子不需要加速電壓，能從鋅板飛向銅網。

　　師:對。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。光電子的這一初動能是從哪里來的呢?

　　生:從入射光中獲得。

　　師:對。科學家用不同的光(不同頻率，不同光強)照射同一金屬。發現:光電子的最大初動能E晝km晞與入射光強度無關，只與入射光頻率有關，并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E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律。師:下面再讓我們看一看，在能發生光電效應的.情況下，從光照開始到光電效應發生，需要的時間長短。(用X射線照射鋅板，讓X射線不斷地斷、續照射，檢流計指針的偏轉也斷、續發生)剛才大家看到的現象說明了什么問題?

　　生:光電效應發生非常快。

　　師:對。科學家用儀器測出了光電效應的發生時間，在10-9秒以下。在這段時間中，光只能通過約20-30厘米的距離。可以說光電效應的發生幾乎是瞬時的。

　　板書(3、光電效應的發生幾乎是瞬時的。)

　　師:在上面研究的光電效應的第二條規律中，我們知道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生影響呢?(把紫外線管靠近鋅板，改變紫外線管與鋅板的距離，檢流計指針偏轉幅度相應地發生變化)這個現象說明什么?

　　生:說明入射光強度增大時，光電流強度也增大。

　　師:對。精確的實驗表明，光電流強度與入射光強度成正比關系，這是光電效應的和4條規律。(板書:4、光電流隨入射光強度的增大而增大。)

　　評:從演示實驗入手，一步一步地引導學生觀察、分析，盡量讓學生自己通過觀察、分析獲得知識。

　　師:剛才我們通過對實驗現象的觀察、分析，得出了光電效應的規律。歷史上科學家們通過大量的實驗，總結出了光電效應的4條規律，下面大家看課本，熟悉這4條規律。

　　生:(看書)

　　師:下面提幾個問題。(問題是:(1)某光恰能使鋅發生光電效應，那么能使課本中表格內哪些金屬發生光電效應?(2)表中哪種金屬最易發生光電效應?(3)為什么各種金屬的極限頻率不同?)

　　生:(分別回答上述三個問題。)

　　評:上面的學生看書，緊接著教師的提問，達到了鞏固對4條規律的理解的目的。

　　師:（提出新問題）為什么說光的波動理論無法解釋光電效應的規律？從光電效應的發生過程來看，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律?我們先來分析第一條規律:存在極限頻率。

　　(提問學生)

　　生:按波動理論，光強越大，光能越大，就應該能發生光電效應，而事實不是這樣。

　　師:對。按波動理論，不論什么頻率的光，只要光強足夠大，就應該發生光電效應，不應存在極限頻率。(板書:波動理論的困難:1、不應存在極限頻率)

　　師:波動理論能解釋光電子的最大初動能與入射光強無關嗎?

　　生:不能。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。

　　師:對。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E晝km晞應與光強有關，與V無關)

　　師:光電效應幾乎是瞬時發生的。也就是說，不論入射光強多么弱，只要V>V。，就立即能發生光電效應。這用波動理論能解釋嗎?

　　生:不能。按波動理論，光太弱時不能發生光電效應。

　　師: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生說明一旦發生光電效應，幾乎不需要能量的積累過程。(板書:3、弱光照射時應有能量積累過程，不應瞬時發生)

　　師:光電效應的第4條規律能用波動理論解釋嗎?

　　生:(集體)能。

　　師:從剛才的分析中，我們知道，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下，提出了光子學說。下面大家看課本:光子學說怎么回事。