17.2 科学的转折：光的粒子性课 教案（人教版选修3-5）

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1、17．2科学的转折：光的粒子性【教学目标】（一）知识与技能1．通过实验了解光电效应的实验规律。2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3．了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦【教学重难点】1教学的重点及其教学的策略重点：光电效应的实验规律。教学策略：本可以实验引入，在引入阶段让学生充分讨论两个问题:一为什么在在紫外线的照射下自由

2、电子会跑出来呢？二为什么用红光的照射锌板打不出电子？这样的引入激发了学生的兴趣，从而为学生总结光电效应规律建立了基础，在这里应注意引导学生联系实验去理解存在饱和电流、遏制电压、截止频率、效应的瞬时性，学会真切感受到经典理论的局限性和光电效应的神奇性。2教学的难点及其教学的侧略难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义。教学策略：同学们根据自己已有的知识对光电效应可能发生的现象进行猜测和分析，我们发现我们的推测与试验结果大相径庭，这时候引导学生看书，让同学找出光电效应的方程，并且老师带动学生去理解光电效应方程。【教学器材】锌板，紫外灯，验电器。【教学过程】◆

3、新课导入提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。）学生回顾、思考，并回答。教师倾听、点评。光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。◆新课展示1．光电效应教师：实验演示。（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相

4、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：认真观察实验。教师提问：上述实验说明了什么？学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。2．光电效应的实验规律（1）光电效应实验如图所示，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。概念：遏止电压将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达

5、到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。根据动能12定理，有mevceUc2（2）光电效应实验规律①光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。②截止频率νc----极限频率对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc。当入射光频率ν>νc时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν<νc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。3．光电效应解释中的疑难经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在

6、金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。4．爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为

7、hν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν的光是由大量能量为E=hν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c运动。（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能E。由能量守恒可得出：khEWk0W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功Wk为光电子的最大初动能。（3）爱因斯坦对光电效应的解释：①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。③从方程可以看出光电子

8、初动能和照射光的频率成线性关系W0④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：ch爱因斯坦光子假说圆满解释了光电