人教版高中物理选择性必修3第4章第2节光电效应教学设计第二课时.docVIP

专注：心无旁骛，万事可破

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专注：心无旁骛，万事可破

4.2光电效应第二课时教学设计

课题

光电效应（第二课时）

单元

4

学科

物理

年级

高二

学习

目标

物理观念：知道什么是光电效应理论。

科学思维：通过计算推导出光电效应理论。

科学探究：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。

科学态度与责任：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。

重点

光电效应理论的理解和应用

难点

光电效应理论的理解和应用

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。

②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。

③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9S。

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。

那么以上实验结论应该如何解释？

回顾上节课所学习的光电效应规律。

和上节课留下的问题衔接。并引出新的内容。

讲授新课

一、爱因斯坦的光量子假设

爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：

1.光子：

光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。

2.爱因斯坦的光电效应方程

一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，即：

或

——光电子最大初动能

W0——金属的逸出功

3.光子说对光电效应的解释

①爱因斯坦方程表明，光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hνW0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。

②电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。

③光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。

思考与讨论：爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能E与入射光的频率v的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压U。那么，怎样得到截止电压U。与光的频率v和逸出功W0的关系呢?

利用光电子的初动能E=eUC。和爱因斯坦光电效应方程Ek=hv-W0,可以消去E,从而得到Uc与v、W0的关系，即

对于确定的金属，其逸出功W0是确定的，电子电荷e和普朗克常量h都是常量。上式中的截止电压Uc与光的频率v之间是线性关系，Uc-v图像是一条斜率为h/e的直线

爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。

4.光电效应理论的验证

美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。

由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。

二、康普顿效应和光子的动量

1.光的散射

光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.

2.康普顿效应

1918~1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与人射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应(Comptonseffect)。

按照经典物理学的理论，人射的电磁波引起物质内部带电微粒的受迫振动，振动着的带电微粒进而再次产生电磁波，并向四周辐射，这就是散射波。散射的X射线频率应该等于带电粒子受迫振动的频率，也就是人射X射线的频率。相应地，X射线的波长也不会在散射中发生变化。

因此，康普顿效应无法用经典物理学解释。

康普顿用光子的模型成功地解释了这种效应。他的基本思想是:光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长h和普朗克常量h有关。

三、光的波粒二象性

众所周知，在麦克斯韦的电磁理论建立之后，人们认识到光是一种电磁波,从而光的波动说被普遍接受，人们不再认为光是由粒子组成的。而爱因斯坦的光电效应理论和康普顿效应理论表明，光在某些方面确实会表现得像是由一些粒子(即一个个有确定能量和动量的“光子”)组成的。

动量能量是描述粒子的,频率和波长则是用来描述波的。

也就是说，