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2019-2020年高中物理《光電效應(yīng)》說(shuō)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(shuō)。了解光的量子性，會(huì)用光子說(shuō)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(guò)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^(guò)程提出的幾種有代表性的學(xué)說(shuō)。（簡(jiǎn)單回顧光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)的發(fā)展過(guò)程）自從麥克期韋提出光的電磁說(shuō)，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?，光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)又給光的波動(dòng)理論帶來(lái)了前所未有的困難。今天我們就來(lái)通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究光電效應(yīng)的規(guī)律，并且通過(guò)分析光電效應(yīng)的規(guī)律弄清為什么波動(dòng)理論無(wú)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(shuō)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(guò)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(wú)電流，用X射線照射時(shí)有電流。 師： 這又說(shuō)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?？茖W(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(wú)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(guò)。這說(shuō)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(shuō)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(lái)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(wú)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(wú)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)唷⒗m(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(shuō)明了什么問(wèn)題？ 生：光電效應(yīng)發(fā)生非常快。 師：對(duì)?？茖W(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(guò)約20-30厘米的距離?？梢哉f(shuō)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(shuō)明什么？ 生：說(shuō)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(guò)觀察、分析獲得知識(shí)。 師： 剛才我們通過(guò)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(guò)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(wèn)題。（問(wèn)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(wèn)題。） 評(píng)：上面的學(xué)生看書，緊接著教師的提問(wèn)，達(dá)到了鞏固對(duì)4條規(guī)律的理解的目的。 師：（提出新問(wèn)題）為什么說(shuō)光的波動(dòng)理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？從光電效應(yīng)的發(fā)生過(guò)程來(lái)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(lái)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(wú)關(guān)。大家想一想，波動(dòng)理論為什么無(wú)法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？我們先來(lái)分析第一條規(guī)律：存在極限頻率。 （提問(wèn)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(wú)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(wú)關(guān)） 師：光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。也就是說(shuō)，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(guò)程。事實(shí)上光電效應(yīng)幾乎瞬時(shí)發(fā)生說(shuō)明一旦發(fā)生光電效應(yīng)，幾乎不需要能量的積累過(guò)程。（板書： 3、弱光照射時(shí)應(yīng)有能量積累過(guò)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(lái)，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(shuō)。下面大家看課本：光子學(xué)說(shuō)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(shuō)做鋪墊。） 師：光子說(shuō)與波動(dòng)理論的主要區(qū)別是什么？ 生：光子說(shuō)認(rèn)為能量是一份一份的，與頻率有關(guān)，而波動(dòng) 說(shuō)認(rèn)為能量是連續(xù)的，與頻率無(wú)關(guān)。 三、結(jié)束語(yǔ)： 師：對(duì)。光子說(shuō)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(shuō)，是對(duì)科學(xué)的重大貢獻(xiàn)。這也說(shuō)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(shuō)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(guò)對(duì)演示現(xiàn)象的觀察，得出光電效應(yīng)的規(guī)律。通過(guò)對(duì)經(jīng)典波動(dòng)理論無(wú)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。