高中物理魯科版5第五章波與粒子第1節(jié)光電效應(yīng)

〖教學(xué)目標(biāo)〗1.理解光電效應(yīng)中極限頻率的概念及其與光的電磁理論的矛盾.2.知道光電效應(yīng)的瞬時(shí)性及其與光的電磁理論的矛盾．3.理解光子說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的解釋.4.理解愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程并會(huì)用來(lái)解決簡(jiǎn)單問(wèn)題．〖教學(xué)重點(diǎn)〗光電效應(yīng)現(xiàn)象,光電效應(yīng)規(guī)律,光子說(shuō).〖教學(xué)難點(diǎn)〗光電效應(yīng)規(guī)律,光子說(shuō)及其對(duì)光電效應(yīng)的解釋.〖教學(xué)用具〗驗(yàn)電器，鋅板，弧光燈，絲綢，玻璃棒，電源，導(dǎo)線(xiàn)等.〖主要教學(xué)過(guò)程〗引入出具一塊絕緣金屬板(鋅板)通過(guò)什么方式可以使其帶上電?與起電機(jī)相連，使其帶電．用帶電物體與其接觸，使其帶電．將一帶電體靠近金屬板，使其感應(yīng)起電．為了能夠檢驗(yàn)金屬板是否帶上電，再將其與驗(yàn)電器連接．新課教學(xué)問(wèn)：是否還有其他方法?演示：用弧光燈照射鋅板，觀察到驗(yàn)電器指針張開(kāi)，思考：此時(shí)金屬板帶何種電荷?如何檢驗(yàn)?并敘述結(jié)論．結(jié)論：用光照的方法也可以使物體帶電．用絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒與金屬板接觸，驗(yàn)電器張角增大，說(shuō)明金屬板缺少了電子(有電子逸出)．我們把這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)．一、光電效應(yīng)光子l、光電效應(yīng)：在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。猜想：具備哪些條件才可能發(fā)生光電效應(yīng)?理由是什么?學(xué)生：與光的強(qiáng)度有關(guān)，與光的顏色有關(guān)，與照射時(shí)間有關(guān)，與被照射的材料有關(guān)，理由……驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：(1)用同一頻率的光分別照射不同金屬，有些金屬發(fā)生光電效應(yīng)有些金屬則不發(fā)生。．(2)對(duì)同一金屬采用不同頻率的光照射，隨著頻率的提高(波長(zhǎng)變短)，原本不發(fā)生光電效應(yīng)的金屬，在某一頻率光照射下，開(kāi)始發(fā)生光電效應(yīng)。任何一種金屬都有發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率和極限波長(zhǎng)。(3)在能夠發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，盡管光很弱，但只要能夠照射到金屬板上，就立即會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，幾乎不需要時(shí)間的積累．不超過(guò)10-9s.2．與波動(dòng)理論的矛盾。按照波動(dòng)理論的觀點(diǎn)，光是電磁波，當(dāng)它照射到金屬上時(shí)，金屬中的電子會(huì)由于變化著的電場(chǎng)的作用而振動(dòng)．不論頻率怎樣，只要照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，金屬中電子的能量總會(huì)積累到足以脫離金屬的程度，從而發(fā)生光電效應(yīng)．但上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明事實(shí)并非如此．造成上述矛盾的癥結(jié)在哪里?愛(ài)因斯坦在普朗克量子理論的啟發(fā)下，于1905年提出了光子說(shuō)。二、光子說(shuō)1.光子說(shuō)⑴光子：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱(chēng)光子。⑵光子的能量：h為普朗克常量。h=×10-34J·s每個(gè)光子的能量只決定于光的頻率。⑶光強(qiáng)同樣頻率的光，光的強(qiáng)弱的不同則反映了單位時(shí)間內(nèi)射到單位面積的光子數(shù)的多少．2.光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋光子照射到金屬上時(shí)，光子一次只能將其全部能量傳遞給一個(gè)電子，一個(gè)電子一次只能獲取一個(gè)光子的能量，它們之間存在著一對(duì)一的關(guān)系．電子吸收光子后，能量增加，如果能量足夠大，就能擺脫金屬中正電荷對(duì)其的束縛，從金屬表面逸出，成為光電子．如果光子的能量較小(頻率較低)，電子吸收光子后的能量不足以克服金屬中正電荷對(duì)其的束縛，則立即會(huì)將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，而不能從金屬中逸出，這就是入射光的頻率較低時(shí)，盡管照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，也不能發(fā)生光電效應(yīng)的原因．每一種金屬，正電荷對(duì)電子的束縛能力都不同，因此，電子逸出所需做的最小功也不一樣．光子頻率小于該頻率，無(wú)論如何都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，這就是每一種金屬都存在極限頻率的原因．金屬中的電子對(duì)于光子的吸收是十分迅速的，電子一次性獲得的能量足夠時(shí)，逸出也是十分迅速的，這就是光電效應(yīng)具有瞬時(shí)效應(yīng)的原因．三、光電效應(yīng)方程1.金屬的逸出功光電效應(yīng)中，金屬中的電子在飛出金屬表面時(shí)要克服原子核對(duì)它的吸引而做功。某種金屬中的不同電子，脫離這種金屬所需的功不一樣。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２、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程動(dòng)能最大的光電子所具有的動(dòng)能Ek＝hv－w小結(jié)光子說(shuō)能夠很好的解釋光電效應(yīng)．(1)由于光的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只能一份一份的吸收光子的能量．而且這個(gè)傳遞能量的過(guò)程只能是一個(gè)光子對(duì)一個(gè)電子的行為．如果光的頻率小于極限頻率，則光子提供給電子的能量不足以克服原子的束縛，就不能發(fā)生光電效應(yīng)．(2)而當(dāng)光的頻率大于極限頻率時(shí)，能量傳遞給電子以后，電子擺脫束縛要消耗一部分能量，剩余的能量以光電子的動(dòng)能形式存在，這樣光電子的最大初動(dòng)能Ekm=hν－W；其中W為金屬的逸出功．可見(jiàn)光的頻率越大，電子的初動(dòng)能越大．(3)電子接收能量的過(guò)程極其短暫，接收能量后的瞬間即掙脫束縛，所以光電效應(yīng)的發(fā)生也幾乎是瞬間的．(4)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光強(qiáng)度成正比，光強(qiáng)度越大意味著單位時(shí)間內(nèi)打在電子上的光子數(shù)越多，那么逸出的光電子數(shù)目也就越多．鞏固練習(xí)1.用波長(zhǎng)為200nm的紫外線(xiàn)照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)能是．用波長(zhǎng)為160nm的紫外線(xiàn)照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子的最大動(dòng)能是多少?分析：第二次照射時(shí)光子的能量比第一次大．由于在兩次照射中鎢的逸出功是相同的，所以光電子的最大動(dòng)能之差應(yīng)該等于兩次照射的光子的能量差．解根據(jù)Ek＝hv－w，對(duì)于第一次照射，有Ek1＝hv1－w對(duì)于第二次照射，有Ek2＝hv2－w兩式相減，得Ek2－EK1＝hv2－h(huán)v1即Ek2＝EK1+h(v2－v1)波長(zhǎng)為200nm和波長(zhǎng)為160nm的光子的頻率分別為,將各量代入上式,得第二次照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能為Ek2＝EK1+h(v2－v1)＝2．入射光射到金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若使入射光的強(qiáng)度減弱而頻率不變，那么A．光照射到金屬表面上到發(fā)生光電效應(yīng)之間的時(shí)間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動(dòng)能將減小C．一定會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)3．在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，把某金屬板連在一驗(yàn)電