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視頻標簽：光電效應,光的量子說
所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：教科版高二物理選修3-5第四章4.2第二節(jié)《光電效應與光的量子說》四川省優(yōu)課
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第二節(jié)《光電效應與光的量子說》
課本中先介紹光電效應現(xiàn)象，在學習光子說，最后用光子說解釋光電效應現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。本節(jié)內(nèi)容說明光具有粒子性，從而引出量子論的基本知識。對于光電效應現(xiàn)象先要求學生記住光電效應的實驗現(xiàn)象，然后運用光子說去解釋它，這樣可以加深學生的理解，學生應該會根據(jù)溢出功求發(fā)生光電效應的極限頻率，可以運用愛因斯坦光電效應方程進行簡單計算。
1、知識與技能
(1)知道光電效應中截止頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾． (2)知道光子說及其對光電效應的解釋
(3)掌握愛因斯坦光電效應方程并會用它來解決簡單問題．
2、過程與方法：通過讓學生自己閱讀課本，培養(yǎng)他們歸納與概括知識的能力和提出問題的能力
3、情感、態(tài)度與價值觀
通過學習，使學生進一步認識導科學技術(shù)的重要性
重點：光電效應的實驗規(guī)律 難點：愛因斯坦光電效應方程及意義
多媒體課件及相關(guān)教材
一、|回顧光學發(fā)展史
◆ 教材分析
◆ 教學目標
◆ 教學重難點 ◆
◆ 課前準備
◆ 教學過程
微粒說：認為光是一種粒子 代表人物：牛頓
光的
電磁說：光是電磁波 提出者：麥克斯韋
二、引入：
1．赫茲首先發(fā)現(xiàn)光電效應
2．光電效應現(xiàn)象：觀看視頻演示，注意一下幾個問題：
①視頻中實驗如何操作②視頻中白熾燈和紫外燈照射的現(xiàn)象，能推導出什么結(jié)論③光電效應現(xiàn)象是什么？ 三、新課講授
從.視頻現(xiàn)象總結(jié)： 一、光電效應
①光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象． ②．光電子：光電效應中發(fā)射出來的電子． 二．光電效應的實驗規(guī)律
(1)存在極限頻率對于給定的光電陰極材料，都存在一個發(fā)生光電效應所需的入射光的最小頻率ν0，叫做光電效應的截止頻率，亦稱為極限頻率．只有超過截止頻率的光，才能引起光電效應．不同金屬材料的截止頻率不同．
(2)存在飽和電流：當入射光的頻率高于截止頻率、光電流出現(xiàn)時，光電流的大小由光強決定，光強越大，光電流越大．
(3)光電子的最大初動能和遏制電壓：從陰極發(fā)出的光電子的最大初動能與入射光的頻率成線性關(guān)系．
(4)瞬時性：只要光的頻率大于截止頻率，即使用極弱的入射光，光電子總能立刻(約10
－9
s)發(fā)射出來．
三、波動說解釋光電效應遇到的困難
波動理論 光電效應實驗結(jié)果
困難1
光能由振幅決定，與光頻率無關(guān)，
只要光強足夠大（不論入射光的頻率多），總可以使電子獲得足夠的能量從而發(fā)生光電效應
如果ν﹤ ν0，無論光強有多大，都不能發(fā)生光電效應，光能應由光頻率來決定
困難2
光強越大，電子可獲得更多能量，光電子的最大初動能也應該越大，遏止電壓也應越大。即出射電子的最大初動能應該由光強來決定
光電子的最大初動能、遏止電壓都與光強無關(guān)，而與頻率有關(guān)
四、愛因斯坦的光量子概念，光電效應方程
1、光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν，這些能量子稱為光子．
2．光電效應方程 (1)對光電效應的說明
在光電效應中，金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，其中一部分用來克服金屬的逸出功W，另一部分為光電子的初動能Ek.
(2)光電效應方程 Ek＝hν－W.
問：不同頻率的光照射到同一金屬表面發(fā)生光電效應時，光電子的初動能是否相同？ 由于同一金屬的逸出功相同，而不同頻率的光的光子能量不同，由光電效應方程可知，發(fā)生光電效應時，逸出的光電子的初動能是不同的．
問．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比嗎？
不成正比．光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，但不是正比關(guān)系． 3．愛因斯坦光子理論對光電效應的解釋
(1)解釋極限頻率的存在：光照射到金屬板時，光子將能量傳遞給電子，每個光子的能量為hν，所以一個光子傳遞給一個電子的能量為hν，電子要脫離原子核的引力，有一個最小能量，最小能量對應發(fā)生光電效應時入射光的最小頻率，即極限頻率．如果小于這一頻率，即使增大光強，也不會使電子逸出．這是因為增大光強，只是增加了吸收光子能量的電子數(shù)，單個電子吸收的光子能量仍為hν，電子仍不能逸出．
(2)解釋光電效應的瞬時性：電子吸收光子的能量時間很短，幾乎是瞬時的．如果入射光頻率低于極限頻率，即使增加照射時間，也不能使電子逸出．因為一個電子吸收一個光子后，在極短的時間內(nèi)就可以把能量傳遞給其他粒子，所以電子不可能通過能量積累逸出金屬表面．
(3)解釋最大初動能與頻率的關(guān)系：由愛因斯坦光電效應方程hν＝W＋1
2mv2可知，電子
從金屬中逸出所需克服束縛而消耗的能量的最小值為逸出功，從金屬表面逸出的電子消耗的能量最少，逸出時的動能值最大，稱為最大初動能．就其他逸出的電子而言，離開金屬時的動能小于最大初動能．最大初動能的大小與光的強度無關(guān)，與光的頻率有關(guān)．
4、光電效應的驗證 介紹密立根
困難3
光強大時，電子能量積累的時間就短，光強小時，能量積累的時間就長 當入射光照射到光電管陰極時，無論光強怎樣，幾乎瞬間就產(chǎn)生了光電子
限時練
1．如圖所示，用弧光燈照射鋅板，驗電器指針張開一角度，則下列說法中正確的是 ( )
A．用紫外線照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．用紅光照射鋅板，驗電器指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．鋅板帶的是負電荷 D．驗電器指針帶的是負電荷
【解析】 將擦得很亮的鋅板與驗電器連接，用弧光燈照射鋅板(弧光燈發(fā)出紫外線)，驗電器指針張開一個角度，說明鋅板帶了電，進一步研究表明鋅板和驗電器指針帶正電．這說明在紫外線的照射下，鋅板中有一部分自由電子從表面飛出，鋅板帶正電，選項A正確．紅光不能使鋅板發(fā)生光電效應．
【答案】 A
2．(多選)對光電效應的理解正確的是( )
A．金屬鈉的每個電子可以吸收一個或一個以上的光子，當它積累的動能足夠大時，就能逸出金屬
B．在光電效應中，一個電子只能吸收一個光子
C．如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應
D．發(fā)生光電效應時，入射光越強，光子的能量就越大，光電子的最大初動能就越大 【解析】 按照愛因斯坦的光子說，光子的能量由光的頻率決定，與光強無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應時產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大；但要使電子離開金屬，電子必須具有足夠的動能，而電子增加的動能只能來源于照射光的光子能量，且一個電子只能吸收一個光子，不能同時吸收多個光子，所以光子的能量小于某一數(shù)值時便不能產(chǎn)生光電效應現(xiàn)象；電子從金屬逸出時只有從金屬表面向外逸出的電子克服原子核的引力所做的功最小．綜上所述，選項B、C正確．
【答案】 BC
3．(多選)已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應的截止頻率為ν0，則( ) A．當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時，一定能產(chǎn)生光電子
B．當用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時，所產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0 C．當照射光的頻率ν大于ν0時，若ν增大，則逸出功增大 D．金屬的逸出功與照射光的頻率無關(guān)
【解析】 根據(jù)截止頻率跟逸出功的關(guān)系：W0＝hν0，光電效應方程1
2mv2m
＝hν－W0，
判斷A、B、D正確．
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