2024_2025学年高中物理第四章波粒二象性2光电效应与光的量子说教案1教科版选修3_5.doc
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其次节光电效应与光的量子说
一、教学目标
（一）学问与技能
1．通过试验了解光电效应的试验规律。
2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
（二）过程与方法
经验科学探究过程，相识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法探讨物理问题，验证物理规律。
（三）情感、看法与价值观
领会自然界的奇异与和谐，发展对科学的新奇心与求知欲，乐于探究自然界的奇异，能体验探究自然规律的艰辛与喜悦。
二、教学重点难点
重点：光电效应的试验规律
难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义
三、教学过程
（一）导入新课
【老师讲解】光原委是什么？让我们再次回顾历史上对光的本性之争。最初，牛顿认为光是一种微粒，惠更斯认为是一种波，二者都各自能说明一些现象，由于牛顿在学术界的地位，而波动说又缺少有力的试验事实，人们倾向于光是一种粒子的看法。直到发觉了光的干涉、衍射这一波特有的现象之后，人们才起先从波的角度探讨光。麦克斯韦提出光是一种电磁波，并建立了完善的电磁场理论，光的波动理论好像很完备了。
既然如此，为什么本节又要谈论“光的粒子性”呢？让我们先做一个试验。
试验演示：（参见教材图17.2-1）老师介绍试验器材，并说明由于试验室没有锌板，用光电管代替，然后演示，引导学生视察电流表的指针偏转状况。
（课件协助讲解并描述）
用弧光灯照耀擦得很亮的锌板，(留意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。
学生：仔细视察试验。
启发猜想：为什么用紫外线照耀锌板会引发验电器的指针偏转？
（学生会提出多种猜想）
引导分析：锌板本身是电中性的，现在它带了正电，说明在紫外线的照耀下锌板中的自由电子跑了。
【老师提问】为什么在紫外线的照耀下锌板中的自由电子会跑出来呢？
引导分析：让学生结合以前的学问回想电子在核外运动的运动状况；光波是一种电磁波，它要形成电场，电子处在电场中要受到电场力的作用。
启发猜想：改用其他的光（比如红光）来照耀会不会照耀出电子？或用其他的材料做试验会不会照耀出电子？
学生依据已有的学问，猜想确定会发生与刚才相同的现象，然而这是做试验却没有电子跑出来。激起学生的认知冲突，学生急于想弄懂：为什么用紫光能照耀出电子而用红光就不能照耀出电子呢？
（二）新课教学
1、光电效应的试验规律
【老师讲解】我们刚才做的试验是科学史上一个特别重要的试验，这个试验的焦点在于“为什么用红光照耀锌板打不出电子”，科学家将试验装置进行了改进，得到了许多出人意料的规律，下面我们一起来学习：
（板书）光电效应的试验规律
让学生阅读总结：光电效应现象（板书）在光(包括不行见光)的照耀下，从物体放射电子的现象叫做光电效应。放射出来的电子叫做光电子。
引导学生分析试验装置（教科书图17.2-2），介绍试验原理。
如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出光电子。
光电子在电场作用下形成光电流。
【老师提问】为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？
分析解答：光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有极少的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大试验效果，增加试验“可见性”）。
【老师提问】保持光照条件不变，渐渐加大两极之间的电压，大家分析会怎样变更？
引导分析：学生依据电场力学问会得到电流会得到增大的结论。有的学生会分析出电流会增大到一个极限值。
（看完后做演示试验）
老师解答：同学们的分析会与试验结果一样吗？我们一起来阅读教科书的试验结果
引导看书：存在饱和电流。
（板书）存在饱和电流：对于确定颜色（频率）的光，入射光越强，单位时间内放射的光电子数越多。
【老师讲解】当所加电压为0时，电流并不为0。只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极，阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，这时电流才可能为0，使光电流为0的反向电压成为遏止电压。
（板书）遏止电压及其公式
依据动能定理，有
【老师提问】对刚才的试验，加了遏止电压后，假如再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？
引导分析：学生依据经典理论说明确定会有光电流，因为入射光越强，电子汲取到的实力就越多，电子跑出来的动能也越大，刚才的这个电压就不能遏止住了，减弱光的强度，遏止电压确定会减小。
【老师说明】同学们分析的很好，但科学家经过试验探讨发觉，此时无论是入射光的强度增大到多大，都没有光电流产生。而且试验发觉只要是同一频率的光都有相同的遏止电压，与光的强度无关。假如变更光的频率，遏止电压也会随之变更。
（板书）光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。
引导看书：截至频率
（板书）截至频率