4.2光電效應教學設計

課題光電效應第一課時單元4學科物理年級選修三

物理觀念：知道什么是光電效應。

科學思維：通過實驗了解光電效應的實驗規律。

學習科學探究：經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物

目標理問題，驗證物理規律。

科學態度與責任：領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究

自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。

重點光電效應的實驗規律

難點光電效應的實驗規律

教學過程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

導入新課

觀看視用視頻播放

頻。了解光電學生未曾見過的

效應現象。現象，吸引學生

注意力，引出新

課。

播放光電效應的相關視頻。

講授新課一.光電效應的實驗規律

用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線

與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約根據視頻

為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅中演示的現總結什么是

板，則驗電器的指針張角會變大。象，理解什么光電效應規律，

表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電是光電效應。知道什么是光電

當光線（包括不可見光）照射在金屬表面時，子。

金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的

電子稱為光電子。

光電子定向移動形成的電流叫光電流。

思考1：在如圖所示的電路中靈敏電流計會有

示數嗎？

小組討

論，解決問題。以問題的形

式講解新知識，

促進學生的交

流，增強學生學

習的自主性。

思考2：當有光照射陰極K時回路中會有電流

嗎？

思考3：為什么要加正向電壓？不加正向電壓

電路中有電流嗎？

分析解答：光束照在陰極K上會發生光電效應

對學生的回

現象，但只有極少的電子能到達陽極A，電路中電

答內容進行點評

流很小。加了正向電壓后，大量的電子在電場力的

和歸納，總結出

作用下向陽極運動，形成較大電流。（加正向電壓

更符合問題題意

的目的是放大實驗效果，增強實驗“可見性”）。

分析討論的答案。

思考4：保持光照條件不變，逐漸加大兩極之

問題。

間的電壓，大家分析光電流會怎樣變化？

（1）存在飽和電流

根據思考根據思考問

光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值

問題總結實驗題總結實驗規

后不再增大，即達到飽和值。

規律。律。

因為光照條件一定時，K發射的電子數目一定。

實驗表明：

入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發射

的光電子數越多。

思考5：保持光照條件不變，對調電源的正負

極，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會

怎樣變化？

(2)存在遏止電壓

U=0時，I≠0，因為電子有初速度結合帶電

粒子在電場中通過對光電

的受力情況分子的受力和運動

析光電子的受情況分析，明確

力情況。什么是遏止電

壓。

加反向電壓，如右圖所示：

光電子所受電場力方向與光電子速度方向相

反，光電子作減速運動。若

則I=0，式中UC為遏止電壓

思考6：對剛才的實驗，加了遏止電壓后，如

果再增大入射光的強度，電路中會有光電流嗎？減

弱光的強度，遏止電壓會減小嗎？

明確截止通過實驗現

評率的概念。象總結實驗規

律。

實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光

的強弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率ν改變

時，遏止電壓也會改變。

光電子的能量只與入射光的頻率有關，與入射

光的強弱無關。

(3)存在截止頻率

經研究后發現：對于每種金屬，都相應確定的

截止頻率νc。

當入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金

屬表面；

當入射光頻率ν<νc時，無論光強多大也

無電子逸出金屬表面。

(4)具有瞬時性

實驗結果：即使入射光的強度非常微弱，只要了解光電了解光電效

入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針效應的瞬時應的瞬時性。

也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。性。

更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間

不超過10－9秒（這個現象一般稱作“光電子的瞬

時發射”）。

光電效應在極短的時間內完成

觀看實驗實驗總結觀

視頻。點效應的規律。

勒納德等人通過實驗得出以下結論：

①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，

入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發生光

電效應，低于這個頻率就不能發生光電效應；

②當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光

越強，飽和電流越大；

③光電子的最大初動能與入射光的強度無關，

只隨著入射光的頻率增大而增大；

④入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是

瞬時的，一般不超過10-9秒.

二.光電效應解釋中的疑難

思考7：人們知道，金屬中原子外層的電子會

脫離原子而做無規則的熱運動。但在溫度不很高思考討論引出“逸出

時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢?問題。功”的概念。

溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受

到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出

來，必須克服這個引力做功。

使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這

種金屬的逸出功。

當光照射金屬表面時，電子會吸收光的能量。

若電子吸收的能量超過逸出功，電子就能從金屬表

面逸出，這就是光電子。光越強，逸出的電子數越

多，光電流也就越大。

這些結論與實驗相符。

①光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏

止電壓UC應與光的強弱有關。

②不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都

可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻

讓學生了解

率。

閱讀材實驗結論與經典

③如果光很弱，按經典電磁理論估算，電子需

料，了解實驗波動理論的不符

幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需

結論與經典波之處，引導學生

的能量，這個時間遠遠大于10-9S。

動理論的不符學習下一課時新

以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無

之處。內容。

法用經典的波動理論來解釋光電效應。

課堂練習1、利用光電管研究光電效應實驗如

圖所示,用頻率為ν的可見光照射陰極K,電流表中

有電流通過,則()

完成課堂

練習。

A.用紫外線照射,電流表不一定有電流通過

B.用紅光照射,電流表一定無電流通過

C.用頻率為ν的可見光照射K,當滑動變阻器的

滑動觸頭移到A端時,電流表中一定無電流通過

D.用頻率為ν的可見光照射K,當滑動變阻器的

滑動觸頭向B端滑動時,電流表示數可能不變

解析：因紫外線的頻率比可見光的頻率高,所以

用紫外線照射時,電流表中一定有電流通過,選項A

錯誤。因不知陰極K的截止頻率,所以用紅光照射時,

也可能發生光電效應,所以選項B錯誤。即使UAK=0,

電流表中也可能有電流通過,所以選項C錯誤。當滑

動觸頭向B端滑動時,UAK增大,陽極A吸收光電子的

能力增強,光電流會增大,當所有光電子都到達陽極

A時,電流達到最大,即飽和電流,若在滑動前,電流已

經達到飽和電流,那么即使增大UAK,光電流也不會

增大,所以選項D正確。

答案：D

拓展提高1、下列利用光子說對光電效應的解釋正確的完成拓展鞏固所學知

是()提高。識。

A.金屬表面的一個電子只能吸收一個光子

B.電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出,成

為光電子

C.金屬表面的一個電子吸收若干個光子,積累

了足夠的能量才能從金屬表面逸出

D.無論光子能量大小如何,電子吸收光子并積

累能量后,總能逸出成為光電子

解析：根據光子說,金屬中的一個電子一次只

能吸收一個光子,只有所吸收的光子頻率大于金屬

的截止頻率,電子才能逃離金屬表面,成為光電子,

且光子的吸收是瞬時的,不需時間的積累,故只有

選項A正確。

答案：A

2、電器指針原來是閉合的,現讓紫外線燈發出

的光照射鋅板,發現驗電器指針張開了,則()

A.驗電器的指針帶了正電

B.該實驗表明光是一種電磁波

C.增強紫外線燈的發光強度,指針張角會增大

D.紅光照射鋅板,驗電器的指針張角一定會變

得更大

解析：用紫外線燈照射鋅板時,驗電器指針發生

了偏轉,可知發生了光電效應,電子從鋅板中逸出,此

時鋅板失去電子帶正電,故A正確。光是一種電磁波,

但本實驗無法得出此結論,故B錯誤。紫外光越強,

單位時間內逸出的光電子數目越多,則帶電荷量越

大,所以驗電器的指針偏角越大,故C正確。因為紅

光的頻率小于紫外線的頻率,用紅光照射,不一定發

生光電效應,故D錯誤。

答案：AC

3、(2020江蘇鹽城期末)如圖所示,當光照射到

光電管時,靈敏電流計指針沒有發生偏轉,檢查電路

沒有發現斷路情況,各元件也