第一节光电效应 光子08

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1、教学课题：光电效应光子教学目的：1、观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论．2、区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、金属的逸出功、光电子的最大初动能等3、掌握并熟练应用爱因斯坦光电方程；教学难点：1、光的强度（每秒发射的光子数）决定了每秒逸出的光电子数；2、光的频率是和光电子的最大初动能联系着的。3、爱因斯坦光电方程与图像的理解及应用。教学过程：进一步研究光电效应，向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律．有什么规律呢？让我们进一步研究．向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S为抽成真空的光电管，C是石英窗口，光线

2、可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．观察现象一：在没有光照射K时，电压表有示数，电流表没有示数，说明什么？明确：AK之间有电场存在，但没有光电子逸出，说明没有发生光电效应．提出问题：要发生光电效应，是不是用任何频率的光线照射都行？是不是弱光线不行，只要光的强度足够大就行？是不是只要有足够大的电场电压就行？观察现象二：保持AK间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口C前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K时没有光电流，橙光和

3、绿光照射时有光电流．用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应．让学生考虑原因．结论一：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率υ0才能产生光电效应．观察现象三：逐渐减小KA间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在．如果在KA间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零．4提出问题：为什么KA间没有电场，仍然有光电流？也就是说仍然有光电子从K极板飞向A极板呢？在KA间加反向电压，光电子在电场中受力方向如何？电场力对光电子做正功还是负功？光电子克服电场力做功和它的动能变化关系如何呢？根据学生回答的问题引导分析：KA间没有电

4、场仍有光电流说明光线照射金属板逸出的光电子具有一定的动能，一部分光电子可以到达极板A形成光电流．金属中的电子吸收光的能量获得动能，只有达到某一值才能克服原子的束缚从金属中飞出，因此称为最大初动能，以表示。如果反向电压达到U恰好光电流为零，则eU=.测得电压U就可以求出光电子的最大初动能．保持反向电压和入射光的频率不变，调亮灯泡，发现光电流仍然为零．此时将入射光的频率增大，发现光电流增大，不再为零．结论二：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大．提出问题：入射光亮度高不就是能量大吗，金属中的电子获得的能量大，初动能就应该增大，但为什么只与入射光频率有关

5、而与光强无关呢？解释这一问题：频率一定的光，每个光子的能量为hυ，频率越大的光，光子的能量越大．因此电子吸收了高频率的光子才能获得较大的初动能．只有初动能足够大的光电子才能克服反向电场的阻力到达极板A形成光电流．光的强度大只是光源每秒钟发射出光子的数目多，但如果是频率低的光子，每个光子的能量不大，电子吸收光子获得的能量也就较小．只不过每秒入射的光子数目多，产生光电子的数目多，所以不提高入射光的频率就无法使光电子的最大初动能增大．观察现象四：给光电管电极KA间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，入射光频率不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大．提出问题：入

6、射光的强度大是什么意思？光电流的强度大是什么意思？为什么它们之间有这样的关系？根据学生的回答归纳：入射光频率不变时光的强度大是指每秒钟入射的光子频率一定，数目较多，因此每秒钟飞向极板A的光电子数多，由于到达的电子电量总和多，所以光电流较大．结论三：当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比．指出学生中可能存在的疑问：光电流的强度应该与入射光的频率有关．频率高，光电子的最大初动能大，光电子运动得快，光电流大．解释这一问题：如果入射光频率较高但强度不大，则说明每秒钟入射的光子数少．尽管每个光电子初动能较大，但每秒钟到达极板A的光电子电量总和不

7、大，因而也就不能形成较强的光电流．说明：根据前面的实验还可以发现，结论四：光线照射金属表面，光电子发射几乎是瞬时的．小结，光电效应具有以下规律：（1）各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应；（2）在单位时间里从极板射出的光电子数跟入射光的强度成正比；4（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而随着入射光的频率的增大而增大；（4）瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。光子说能很好地解释光电效应.（1）对各种金属都存在极限频率ν0的解释：不同金属内正电荷对电子的束缚程度不同，因此电子逃逸出来所做