《光電效應(yīng)》物理說課稿

《光電效應(yīng)》物理說課稿

　　目的:了解光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件、規(guī)律及光子學(xué)說。了解光的量子性，會(huì)用光子說解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)加以解釋的能力。

　　器材:光電效應(yīng)演示器，應(yīng)急燈，紫外線燈，X射線管，感應(yīng)圈，靈敏檢流計(jì)。

　　重、難點(diǎn):從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)出光電效應(yīng)的規(guī)律，經(jīng)典理論在解釋光電效應(yīng)遇到的困難。

　　教學(xué)過程:

　　一、引言:

　　師:前幾節(jié)課我們了解了人們?cè)谘芯抗獾谋拘赃^程提出的幾種有代表性的學(xué)說。（簡(jiǎn)單回顧光的微粒說和波動(dòng)說的發(fā)展過程）自從麥克期韋提出光的電磁說，赫茲又用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋的理論后，光的波動(dòng)理論發(fā)展到了完美的地步�？墒牵�光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)又給光的波動(dòng)理論帶來了前所未有的困難。今天我們就來通過實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)的規(guī)律，并且通過分析光電效應(yīng)的規(guī)律弄清為什么波動(dòng)理論無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。評(píng):點(diǎn)明課題，強(qiáng)調(diào)已經(jīng)十分完美的理論又受到新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)的挑戰(zhàn)，引起學(xué)生的懸念，激發(fā)求知欲。

　　二、新課進(jìn)行。

　　1、介紹實(shí)驗(yàn)裝置。

　　師:下面給大家介紹一下光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置。(分別介紹鋅板、銅網(wǎng)、高壓電源、檢流裝置，一邊介紹，一邊在黑板上畫出整個(gè)裝置的示意圖)

　　評(píng):介紹裝置后畫出裝置示意圖，將具體的較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)裝置變?yōu)楹?jiǎn)明的板畫，突出了原理，有助于后面對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的進(jìn)一步分析。

　　師:現(xiàn)在我把高壓電源接通，檢流裝置接上，為什么檢流計(jì)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)?

　　生:(集體)電路還處于斷開狀態(tài)。

　　師:哪一部分?jǐn)嚅_?

　　生:鋅板和銅網(wǎng)之間。中間是空氣，不能導(dǎo)電。

　　師:對(duì)�，F(xiàn)在讓我們用紫外線照射鋅板，大家注意觀察。(介紹紫外線燈，用紫外照射鋅板，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn))

　　師:剛才用紫外線照射鋅板時(shí)，看到了什么現(xiàn)象?為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?

　　生:看到檢流計(jì)指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明電路中出現(xiàn)了電流。

　　師:這電流可能是哪種原因產(chǎn)生的?

　　生:可能是紫外線使空氣電離，也可能是紫外線使鋅板飛出了電子。

　　師:對(duì)。這兩種可能性都有。但是，如果我們用銅板代替鋅板，則指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣，排除了哪種可能性?

　　生:(集體)排除了空氣被電離的可能性。

　　師:這樣，我們就知道，鋅板在紫外線的照射下，飛出了電子，這種物體在光照下有電子飛出的現(xiàn)象叫光電效應(yīng);在光照下從物體中飛出的電子叫光電子，電路中的電流叫光電流。(板書:光電效應(yīng)，光電子，光電流)(板畫:光電效應(yīng)的形成過程)

　　評(píng):這一階段介紹什么是光電效應(yīng)。從演示入手，引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為下面的研究光電效應(yīng)規(guī)律作準(zhǔn)備。

　　師:下面我們進(jìn)一步研究光電效應(yīng)有哪些規(guī)律。

　　(用應(yīng)急燈的可見光照射鋅板，而后用X射線照射鋅板)剛才分別用可見光和X射線照射鋅板，大家看到了什么現(xiàn)象?

　　生:(集體)用可見光照射時(shí)無電流，用X射線照射時(shí)有電流。

　　師:這又說明了什么呢?

　　生:可見光頻率較低，不能發(fā)生光電效應(yīng)，X射線頻率較高，可以發(fā)生光電效應(yīng)。

　　師:對(duì)。我們知道，可見光，紫外線，X射線都是電磁波，只是頻率高低不同。科學(xué)家們還用不同頻率的各種電磁波照射同一種金屬板，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頻率低到一定程度后，不論怎樣增大入射光強(qiáng)度，怎樣延長(zhǎng)照射時(shí)間，都無法發(fā)生光電效應(yīng)。這一頻率界限就叫極限頻率。

　　(板書:二、規(guī)律:任何一種金屬，都存在極限頻率V。，只有當(dāng)入射光V>V。，才能發(fā)生光電效應(yīng)。)

　　師:科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，若將高壓電源去掉，檢流計(jì)中仍能發(fā)現(xiàn)有電流通過。這說明什么呢?

　　生:飛出的電子不需要加速電壓，能從鋅板飛向銅網(wǎng)。

　　師:對(duì)。這也說明飛出的電子具有一定的.初速度，具有一定的初動(dòng)能。光電子的這一初動(dòng)能是從哪里來的呢?

　　生:從入射光中獲得。

　　師:對(duì)�？茖W(xué)家用不同的光(不同頻率，不同光強(qiáng))照射同一金屬。發(fā)現(xiàn):光電子的最大初動(dòng)能E晝km晞與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只與入射光頻率有關(guān)，并且隨入射光頻率的增大而增大。(板書:2、光電子的最大初動(dòng)能E與入射光強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大)，這是光電效應(yīng)的第二條規(guī)律。師:下面再讓我們看一看，在能發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，從光照開始到光電效應(yīng)發(fā)生，需要的時(shí)間長(zhǎng)短。(用X射線照射鋅板，讓X射線不斷地?cái)�、續(xù)照射，檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)也斷、續(xù)發(fā)生)剛才大家看到的現(xiàn)象說明了什么問題?

　　生:光電效應(yīng)發(fā)生非�？�。

　　師:對(duì)。科學(xué)家用儀器測(cè)出了光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間，在10-9秒以下。在這段時(shí)間中，光只能通過約20-30厘米的距離�？梢哉f光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的。

　　板書(3、光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的。)

　　師:在上面研究的光電效應(yīng)的第二條規(guī)律中，我們知道入射光強(qiáng)不影響光電子的最大初動(dòng)能，那么入射光強(qiáng)可以對(duì)什么發(fā)生影響呢?(把紫外線管靠近鋅板，改變紫外線管與鋅板的距離，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)幅度相應(yīng)地發(fā)生變化)這個(gè)現(xiàn)象說明什么?

　　生:說明入射光強(qiáng)度增大時(shí)，光電流強(qiáng)度也增大。

　　師:對(duì)。精確的實(shí)驗(yàn)表明，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比關(guān)系，這是光電效應(yīng)的和4條規(guī)律。(板書:4、光電流隨入射光強(qiáng)度的增大而增大。)

　　評(píng):從演示實(shí)驗(yàn)入手，一步一步地引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析，盡量讓學(xué)生自己通過觀察、分析獲得知識(shí)。

　　師:剛才我們通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、分析，得出了光電效應(yīng)的規(guī)律。歷史上科學(xué)家們通過大量的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了光電效應(yīng)的4條規(guī)律，下面大家看課本，熟悉這4條規(guī)律。

　　生:(看書)

　　師:下面提幾個(gè)問題。(問題是:(1)某光恰能使鋅發(fā)生光電效應(yīng)，那么能使課本中表格內(nèi)哪些金屬發(fā)生光電效應(yīng)?(2)表中哪種金屬最易發(fā)生光電效應(yīng)?(3)為什么各種金屬的極限頻率不同?)

　　生:(分別回答上述三個(gè)問題。)

　　評(píng):上面的學(xué)生看書，緊接著教師的提問，達(dá)到了鞏固對(duì)4條規(guī)律的理解的目的。

　　師:（提出新問題）為什么說光的波動(dòng)理論無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？從光電效應(yīng)的發(fā)生過程來看，電子吸收入射光能量后才能掙脫原子核的束縛，所以我們應(yīng)從能量的角度來分析光效應(yīng)。光的波動(dòng)理論是這樣描述光的能量的:(1)能量是連續(xù)的；(2)振幅（光強(qiáng)）越大，光能越大，光的能量與頻率無關(guān)。大家想一想，波動(dòng)理論為什么無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律?我們先來分析第一條規(guī)律:存在極限頻率。

　　(提問學(xué)生)

　　生:按波動(dòng)理論，光強(qiáng)越大，光能越大，就應(yīng)該能發(fā)生光電效應(yīng)，而事實(shí)不是這樣。

　　師:對(duì)。按波動(dòng)理論，不論什么頻率的光，只要光強(qiáng)足夠大，就應(yīng)該發(fā)生光電效應(yīng)，不應(yīng)存在極限頻率。(板書:波動(dòng)理論的困難:1、不應(yīng)存在極限頻率)

　　師:波動(dòng)理論能解釋光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)無關(guān)嗎?

　　生:不能。按波動(dòng)理論，入射光強(qiáng)越大，光能越大，飛出的光電子初動(dòng)能就應(yīng)越大。

　　師:對(duì)。事實(shí)是光電子的最大初動(dòng)能僅與入射光頻率有關(guān)。(板書:2、光電子最大初動(dòng)能E晝km晞應(yīng)與光強(qiáng)有關(guān)，與V無關(guān))

　　師:光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。也就是說，不論入射光強(qiáng)多么弱，只要V>V。，就立即能發(fā)生光電效應(yīng)。這用波動(dòng)理論能解釋嗎?

　　生:不能。按波動(dòng)理論，光太弱時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)。

　　師:光太弱時(shí)，按波動(dòng)理論，要達(dá)到使光電子飛出的能量，要有一個(gè)能量積累過程。事實(shí)上光電效應(yīng)幾乎瞬時(shí)發(fā)生說明一旦發(fā)生光電效應(yīng)，幾乎不需要能量的積累過程。(板書:3、弱光照射時(shí)應(yīng)有能量積累過程，不應(yīng)瞬時(shí)發(fā)生)

　　師:光電效應(yīng)的第4條規(guī)律能用波動(dòng)理論解釋嗎?

　　生:(集體)能。

　　師:從剛才的分析中，我們知道，光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來，愛因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)說。下面大家看課本:光子學(xué)說怎么回事。

　　評(píng):這部分內(nèi)容主要從波動(dòng)理論的主要觀點(diǎn)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到波動(dòng)理論的缺陷，為后面引入光子學(xué)說做鋪墊。)

　　師:光子說與波動(dòng)理論的主要區(qū)別是什么?

　　生:光子說認(rèn)為能量是一份一份的，與頻率有關(guān)，而波動(dòng)說認(rèn)為能量是連續(xù)的，與頻率無關(guān)。

　　三、結(jié)束語:

　　師:對(duì)。光子說的這兩點(diǎn)實(shí)際上是針對(duì)波動(dòng)理論的兩大要害提出的。愛因斯坦當(dāng)時(shí)在實(shí)驗(yàn)事實(shí)還不是很充分的時(shí)候，提出了光子說，是對(duì)科學(xué)的重大貢獻(xiàn)。這也說明理論與新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不符時(shí)，要根據(jù)事實(shí)建立新的理論，因?yàn)閷?shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。至于光子說是怎樣解釋光電效應(yīng)的，我們下節(jié)課繼續(xù)研究。

　　本課特色:

　　發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，以演示實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，逐步引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)演示現(xiàn)象的觀察，得出光電效應(yīng)的規(guī)律。通過對(duì)經(jīng)典波動(dòng)理論無法解釋光電效應(yīng)的分析，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已知知識(shí)分析新的事驗(yàn)事實(shí)的能力，讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)到實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

　　課后小結(jié):

　　本課充分體現(xiàn)了教師的引導(dǎo)作用，師、生配合較好，演示實(shí)驗(yàn)很成功，全課條理清楚，層次分明，重點(diǎn)突出。

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