1、光電效應【教學目的】1、 知道光電效應的產生條件和規律；2、 了解光子說的建立過程；3、 了解愛因斯坦光電效應方程；4、 了解光電效應的重要應用；5、 結合物理學發展史使學生了解到科學理論的建立過程，滲透科學研究方法的教育。【教學重點】光電效應現象的基本規律、光子說的基本思想和做好光電效應的演示實驗【教學難點】對光的強度的理解；發生光電效應時光電流的強度為什么跟光電子的最大初動能無關，只與入射光的強度成正比【教具】鋅板、驗電器、紫外線燈、白熾燈、絲綢、玻璃棒、光電效應演示儀【教學過程】、復習&引入師：什么是受迫振動？生：物體在策動力的作用下的振動是受迫振動。師：為什么說波是傳遞能量的一

2、種方式？振動的能量與什么有關？生：波是波源發出的振動在介質中的傳播；振動具有能量；所以波是傳遞能量的一種方式。振動的能量與振幅有關。振幅越大，振動能量也越大；但與振動的頻率無關。前面學到的光的電磁說揭示了光的電磁波本質，能很好地解釋光的干涉、衍射等現象。但是，光的電磁說并不能成功地說明光的所有現象。早在1887年赫茲在作電磁波的實驗時，就偶然發現了一個后來被稱作光電效應的現象，這個現象使光的電磁說遇到了無法克服的困難。下面先看一個實驗。一、 光電效應現象演示：實驗裝置見右圖。用倫琴射線管照射打磨光亮的鋅片，待與鋅板相連的靈敏驗電器指針張開一30角后，有跟絲綢磨擦過的有機玻璃棒靠近鋅板，指針偏角

3、會變大，表明：鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。教材上是用弧光燈做實驗。與用倫琴射線管比較，用弧光燈實驗結果相同，只是效果稍差。這道理等同學們學過本節內容后聯系過去的靜電知道就容易明白。根據上述現象得出：在光（包括不可見光）的照射下，從物體發射出電子的現象叫光電效應，發射出來的電子叫光電子。（板書）二、光電效應的基本規律四個結論1. 產生光電效應的條件類似于上圖的實驗，用不同的單色光照射某種金屬，看看哪些頻率的光照射時能產生光電效應。再用不同的單色光照射別的金屬，又看看哪些頻率的光照射時能產生光電效應。經研究后發現：任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能產生光電

4、效應；低于這個頻率的光不能產生光電效應。（請學生看教材上列出的幾種金屬的極限頻率）（可提問：用可見光能不能全速3.9´1014Hz7.5´1014Hz）（光電效應的本質是電子捕捉光的能量然后逸出的過程）2. 光電效應的產生時間即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，就會立即有光電子逸出。也就是說，當入射光照射到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9s。（這種現象稱作“光電子的瞬時發射”）3. 光電子最大初動能的決定（研究裝置如下圖）（注：重點班可擴充以下兩點）引導學生分析，光電效應中從金屬出來的光電子，它們的初速度會有差異，初動能會有

5、差異，其中最大者叫最大初動能。實驗表明：光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨差入射光的頻率的增大而增大。4. 光電流強度的決定（研究裝置如下圖）（伏特表的讀數調得較低，用一定強度的光照射金屬K，電流表中有一定讀數，這時改變K與A之間的電壓，使其增大，電流表顯示光電流也變大。但是，當K、A間的電壓足夠高以后，電流表的讀數就不變了。這表示，光電效應中產生的光電子已能全部到達A極，所以即使升高電壓也沒有更多的光電子過來了。實驗規定，把這樣的光電流叫做這種強度下的入射光的光電流強度。實驗中，一次一交改變入射光的強度，一次一次記下“光電流強度”，經研究得到的結論是：）當入射光的頻率大于極限頻率時，

6、光電流的強度與入射光的強度成正比。三、光的電磁說不能解釋光電效應（提醒學生，“不能解釋”突出表現在對前三個結論上）1、不能解釋光電效應的產生條件和決定光電子最大初動能的條件。按光的電磁說，光是電磁波，是變化電場與變化磁場的傳播。入射光照射金屬時，金屬中的電子受變化電場的策動力作用而作受迫振動。入射光變強時，振幅應增大，當電子的振幅足夠大時，總可掙脫金屬束縛而逸出。因此，只要入射光足夠強，光電效應總該發生，并且光電子的最大初動能也會隨入射光強度的增大而增大，與光的頻率無關。可是，研究結果不顯示這個結論，而是出現了一個“極限頻率”，并且光電子的最大初動能也由入射光的頻率決定。2、不能解釋光電子的瞬

7、時發射按光的電磁說，入射光能量是均勻地傳向被照金屬表面，對于一個原子大小的面積，要使它獲得的能量足以使電子掙脫束縛而逸出金屬表面，所需時間是較長的，可以計算出（參看習題4中的參考解答），這時間是數十分鐘。可是，實際的光電效應，光電子的發射幾乎是瞬時的，與光的電磁說尖銳矛盾。四、 光子說 愛因斯坦光電光程1、光子說簡介1900年，德國物理學家普朗克在研究電磁輻射的能量分布時發現，只有認為電磁波的發射和吸收不是連續的，而是一份一份的，每一份的能量等于h，理論計算的結果才能實驗事實很好符合。這是的是光的頻率，h是恒量，后來叫普朗克恒量。普朗克的實驗值為h=6.63´10-34J.s。受這個

8、假說的啟發，愛因斯坦于1905年提出，在空間傳播的光也不是連續的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，光子的能量E=h。這里的h這是上面的普朗克恒量，這個學說后來叫做“光子說”。2、解釋光電效應（解釋時要突出光子說與經典理論的根本對立，同時要讓學生聽明白“光子說”怎樣解釋光電效應。）首先，經典理論認為，光的能量是“均勻地”撒向被照金屬表面，而光子說認為根本就沒有這個“均勻”，而是一份一份的，它們打在金屬表面則表現為一個一個的“點”（強調“點”）。第二，經典理論認為，被照金屬表面平均每塊面積“必然”會獲得多少能量，誰也不會例外。而光子說認為根本就沒有這個“必須”，而是看有沒有光子打中的“機會”，

9、被打中的電子，則一個光子的能量全被它“獨吞”，沒有被打中的，則一點光能也得不到，而且，光子的能量被電子吸收的過程需時極短，就象足球守門員捕球一樣。光子射來后，電子這一守門員可能一下子“捕”到光子，也可能“捕”不到光子。電子捕到光子的時間極短，電子捕脫原子核束縛的時間也極短，從而使光電效應瞬間發生。第三、電子吸收光子的能量后可能向各個方向運動，有的向金屬內部運動而并不出來，有的向金屬表面，但因經過路徑不同，途中消耗能量也不會相同。唯獨金屬表面的電子，只要能克服金屬原子核的引力做功，就從金屬中逸出，而具有最大初動能，這個功就叫做逸出功。根據能量守恒定律，光電子的最大初動能跟入射光的能量和逸出功有下

10、面的關系：1/2mv2=hv-W。這就是愛因斯坦的光電效應方程。它告訴我們，光電子的最大初動能只有光的頻率決定。第四，對于一定的金屬，逸出功是一定的，如果入射光子的能量比W小，就不能產生光電效應，這是因為光子的能量傳遞給電子的過程，只能是一個光子對一個電子的行為，很難發生兩個光子同時打到同一個電子上或一前一后打在電子上的事情。這就是金屬存在極限頻率的原因。并且極限頻率應由hv0=W求出。2、搞清兩個概念（可適當擴充）問1：“光電子最大初動能大，光電子就跑得快；光電子跑得快，光電流就強。”這話對不對？答：概念不對。“快”與“不快”不等同光電流強與不強。一個光電子跑得再快，后面的跟不上，光電流還是

11、不強，電流的強弱，取決于單位時間里通過導體截面的電量多少，即取決于通過同一截面的平均兩個電荷間的時間間隔，時間間隔小，光電流就大，否則就小。這與單個電子跑得快不快的概念是不同的。問2：“光的強度由光子數的多少決定”你怎樣理解這話的含義？答：這是對頻率已經確定的單色光而言的。因為對于頻率已經確定為v的單色光，每個光子的能量為E=hv，如果每秒照射到垂直于光傳播方向的單位面積上的光子數為N，則光的強度為Nhv。3、光電效應應用【鞏固練習】1、 某金屬在頻率為v1、光強為I1的單色光的照射下發射的光電子數為n，換用頻率為v2=2v1、光強為I2=2I1的單色光照射，在相同時間內發射的光電子數為：（D）A、n B、2n C、1/2n D、上述三種答案都不對換一種光照射，但單位時間內入射光子數應不變，可以打出的光電子數也應基本不變，但也不正等于“n”，因第二次頻率大，金屬中有的電子原來雖曾被頻率為v1的光子打中，但可能因處在金屬內的位置關系或因獲得能量后的運動路徑問題而示逸出金屬表面，現被頻率為v2的光子打中，能夠獲得的能量多了一倍，逸出的金屬的可能性就大了，發射的光電子數有可能大于n，大多少，不能確定。2、 光電效應的主要規律有哪些？光子說怎樣解釋這些規律？3、 波長為7000埃的紅光光子的能量是多大？波長為2000埃的紫外光光子的能量多大？4、 已知鉀的逸出功為2.22eV，