《光電效應》物理說課稿

《光電效應》物理說課稿

　　目的:了解光電效應的產(chǎn)生條件、規(guī)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(xiàn)象。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。

　　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(xiàn)象總結(jié)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。

　　教學過程:

　　一、引言:

　　師: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。（簡單回顧光的微粒說和波動說的發(fā)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(fā)展到了完美的地步。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。評:點明課題，強調(diào)已經(jīng)十分完美的理論又受到新的實驗事實的挑戰(zhàn)，引起學生的懸念，激發(fā)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(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)

　　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?yōu)楹喢鞯陌瀹嫞�突出了原理，有助于后面對實驗事實的進一步分析。

　　師:現(xiàn)在我把高壓電源接通，檢流裝置接上，為什么檢流計不發(fā)生偏轉(zhuǎn)?

　　生:(集體)電路還處于斷開狀態(tài)。

　　師:哪一部分斷開?

　　生:鋅板和銅網(wǎng)之間。中間是空氣，不能導電。

　　師:對。現(xiàn)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(zhuǎn))

　　師:剛才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?

　　生:看到檢流計指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明電路中出現(xiàn)了電流。

　　師:這電流可能是哪種原因產(chǎn)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(fā)生偏轉(zhuǎn)，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(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，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(xiàn)象，為下面的研究光電效應規(guī)律作準備。

　　師:下面我們進一步研究光電效應有哪些規(guī)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(xiàn)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(fā)生光電效應，X射線頻率較高，可以發(fā)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(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V。，只有當入射光V>V。，才能發(fā)生光電效應。)

　　師:科學家還發(fā)現(xiàn)，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?

　　生:飛出的電子不需要加速電壓，能從鋅板飛向銅網(wǎng)。

　　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(fā)現(xiàn):光電子的最大初動能E晝km晞與入射光強度無關(guān)，只與入射光頻率有關(guān)，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(guān)，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。師:下面再讓我們看一看，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，需要的時間長短。(用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(zhuǎn)也斷、續(xù)發(fā)生)剛才大家看到的現(xiàn)象說明了什么問題?

　　生:光電效應發(fā)生非常快。

　　師:對。科學家用儀器測出了光電效應的發(fā)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(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。)

　　師:在上面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，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距離，檢流計指針偏轉(zhuǎn)幅度相應地發(fā)生變化)這個現(xiàn)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(guān)系，這是光電效應的和4條規(guī)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(xiàn)象的觀察、分析，得出了光電效應的規(guī)律。歷史上科學家們通過大量的實驗，總結(jié)出了光電效應的4條規(guī)律，下面大家看課本，熟悉這4條規(guī)律。

　　生:(看書)

　　師:下面提幾個問題。(問題是:(1)某光恰能使鋅發(fā)生光電效應，那么能使課本中表格內(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?)

　　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(guī)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(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(guān)。大家想一想，波動理論為什么無法解釋光電效應的規(guī)律?我們先來分析第一條規(guī)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(fā)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(fā)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(guān)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(guān)。(板書:2、光電子最大初動能E晝km晞應與光強有關(guān)，與V無關(guān))

　　師: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V>V。，就立即能發(fā)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(fā)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(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、弱光照射時應有能量積累過程，不應瞬時發(fā)生)

　　師:光電效應的第4條規(guī)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(fā)下，提出了光子學說。下面大家看課本:光子學說怎么回事。

　　評:這部分內(nèi)容主要從波動理論的主要觀點出發(fā)，引導學生認識到波動理論的缺陷，為后面引入光子學說做鋪墊。)

　　師:光子說與波動理論的主要區(qū)別是什么?

　　生:光子說認為能量是一份一份的，與頻率有關(guān)，而波動說認為能量是連續(xù)的，與頻率無關(guān)。

　　三、結(jié)束語:

　　師:對。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。至于光子說是怎樣解釋光電效應的，我們下節(jié)課繼續(xù)研究。

　　本課特色:

　　發(fā)揮教師的主導作用，以演示實驗為基礎(chǔ)，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。

　　課后小結(jié):

　　本課充分體現(xiàn)了教師的引導作用，師、生配合較好，演示實驗很成功，全課條理清楚，層次分明，重點突出。

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