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文檔簡(jiǎn)介
1、2.2 涅槃鳳凰再飛翔一、教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)與技能1通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。(二)過(guò)程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程,認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義,嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問(wèn)題,驗(yàn)證物理規(guī)律。(三)情感、態(tài)度與價(jià)值觀領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧,發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲,樂(lè)于探究自然界的奧秘,能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn) :光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律難點(diǎn):愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義三、教學(xué)過(guò)程(一)導(dǎo)入新課【教師講解】光究竟是什么?讓我們?cè)俅位仡櫄v史上對(duì)光的本性之爭(zhēng)。最初,牛頓認(rèn)為光是一種微粒,惠更斯認(rèn)為是一種波,二者都各自能解釋一些現(xiàn)象,由于牛頓
2、在學(xué)術(shù)界的地位,而波動(dòng)說(shuō)又缺少有力的實(shí)驗(yàn)事實(shí),人們傾向于光是一種粒子的看法。直到發(fā)現(xiàn)了光的干涉、衍射這一波特有的現(xiàn)象之后,人們才開(kāi)始從波的角度研究光。麥克斯韋提出光是一種電磁波,并建立了完善的電磁場(chǎng)理論,光的波動(dòng)理論似乎很完美了。既然如此,為什么本節(jié)又要談?wù)摗肮獾牧W有浴蹦??讓我們先做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)演示:(參見(jiàn)教材圖17.2-1)教師介紹實(shí)驗(yàn)器材,并說(shuō)明由于實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有鋅板,用光電管代替,然后演示,引導(dǎo)學(xué)生觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)情況。(課件輔助講述)用弧光燈照射擦得很亮的鋅板,(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連),使驗(yàn)電 器張角增大到約為 30度時(shí),再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板,則驗(yàn)電器的指針
3、張角會(huì)變大。學(xué)生:認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)。啟發(fā)猜想:為什么用紫外線照射鋅板會(huì)引發(fā)驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn)?(學(xué)生會(huì)提出多種猜想)引導(dǎo)分析:鋅板本身是電中性的,現(xiàn)在它帶了正電,說(shuō)明在紫外線的照射下鋅板中的自由電子跑了?!窘處熖釂?wèn)】為什么在紫外線的照射下鋅板中的自由電子會(huì)跑出來(lái)呢?引導(dǎo)分析:讓學(xué)生結(jié)合以前的知識(shí)回想電子在核外運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)情況;光波是一種電磁波,它要形成電場(chǎng),電子處在電場(chǎng)中要受到電場(chǎng)力的作用。啟發(fā)猜想:改用其他的光(比如紅光)來(lái)照射會(huì)不會(huì)照射出電子?或用其他的材料做實(shí)驗(yàn)會(huì)不會(huì)照射出電子?學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí),猜想一定會(huì)發(fā)生與剛才相同的現(xiàn)象,然而這是做實(shí)驗(yàn)卻沒(méi)有電子跑出來(lái)。激起學(xué)生的認(rèn)知沖突,學(xué)生急于想弄懂
4、:為什么用紫光能照射出電子而用紅光就不能照射出電子呢?(二)新課教學(xué)1、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律【教師講解】我們剛才做的實(shí)驗(yàn)是科學(xué)史上一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)的焦點(diǎn)在于“為什么用紅光照射鋅板打不出電子”,科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn),得到了很多出人意料的規(guī)律,下面我們一起來(lái)學(xué)習(xí):(板書(shū))光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律讓學(xué)生閱讀總結(jié):光電效應(yīng)現(xiàn)象(板書(shū)) 在光(包括不可見(jiàn)光)的照射下,從物體發(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。引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)裝置(教科書(shū)圖17.2-2),介紹實(shí)驗(yàn)原理。如圖所示,光線經(jīng)石英窗照在陰極上,便有電子逸出-光電子。光電子在電場(chǎng)作用下形成光電流?!窘處熖釂?wèn)】為什么要加正
5、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(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,但只有極少的電子能到達(dá)陽(yáng)極A,電路中電流很小。加了正向電壓后,大量的電子在電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng),形成較大電流。(加正向電壓的目的是放大實(shí)驗(yàn)效果,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)“可見(jiàn)性”)?!窘處熖釂?wèn)】保持光照條件不變,逐漸加大兩極之間的電壓,大家分析會(huì)怎樣變化?引導(dǎo)分析:學(xué)生根據(jù)電場(chǎng)力知識(shí)會(huì)得到電流會(huì)得到增大的結(jié)論。有的學(xué)生會(huì)分析出電流會(huì)增大到一個(gè)極限值。(看完后做演示實(shí)驗(yàn))教師解答:同學(xué)們的分析會(huì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致嗎?我們一起來(lái)閱讀教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果引導(dǎo)看書(shū):存在飽和電流。(板書(shū))存在飽和電流:對(duì)于一定顏色(頻率)的光,入射光越強(qiáng),單
6、位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多?!窘處熤v解】當(dāng)所加電壓為0時(shí),電流并不為0。只有施加反向電壓,也就是陰極接電源正極,陽(yáng)極接電源負(fù)極,在光電管兩極間形成使電子減速的電場(chǎng),這時(shí)電流才可能為0,使光電流為0的反向電壓成為遏止電壓。(板書(shū))遏止電壓及其公式根據(jù)動(dòng)能定理,有【教師提問(wèn)】對(duì)剛才的實(shí)驗(yàn),加了遏止電壓后,如果再增大入射光的強(qiáng)度,電路中會(huì)有光電流嗎?減弱光的強(qiáng)度,遏止電壓會(huì)減小嗎?引導(dǎo)分析:學(xué)生按照經(jīng)典理論解釋一定會(huì)有光電流,因?yàn)槿肷涔庠綇?qiáng),電子吸收到的能力就越多,電子跑出來(lái)的動(dòng)能也越大,剛才的這個(gè)電壓就不能遏止住了,減弱光的強(qiáng)度,遏止電壓肯定會(huì)減小?!窘處熃忉尅客瑢W(xué)們分析的很好,但科學(xué)家經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研
7、究發(fā)現(xiàn),此時(shí)無(wú)論是入射光的強(qiáng)度增大到多大,都沒(méi)有光電流產(chǎn)生。而且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只要是同一頻率的光都有相同的遏止電壓,與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。如果改變光的頻率,遏止電壓也會(huì)隨之改變。(板書(shū))光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。引導(dǎo)看書(shū):截至頻率(板書(shū))截至頻率:當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng),不同金屬截至頻率不同。【演示實(shí)驗(yàn)】用不同的濾光片,觀察現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)果是射出的光電子的能量與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只與頻率有關(guān)。剛才的分析認(rèn)為,有光電流是因?yàn)楣獾哪芰吭陔娮由砩席B加,進(jìn)一步說(shuō)明入射光的能量并沒(méi)有在電子身上疊加,引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。引導(dǎo)猜測(cè):電子是怎樣吸收入射光的能量的呢?當(dāng)年愛(ài)因
8、斯坦等大量科學(xué)家也在做這樣類似的猜測(cè)。【教師提問(wèn)】如果入射光的頻率超過(guò)截至頻率,做兩次實(shí)驗(yàn),第一次用很弱的光照射,第二次用很強(qiáng)的光照射,請(qǐng)問(wèn)那一次光電子從鋅板跑出來(lái)的時(shí)間長(zhǎng)些?引導(dǎo)分析:學(xué)生會(huì)根據(jù)積累效應(yīng)分析;如果入射光很弱,光子積累到跑出來(lái)的能量需要更多時(shí)間。但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果又是怎樣的呢?演示實(shí)驗(yàn)(板書(shū))光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:發(fā)生觀點(diǎn)效應(yīng)幾乎不需要反應(yīng)時(shí)間。2光電效應(yīng)解釋中的疑難引導(dǎo)看書(shū):光電效應(yīng)解釋中的疑難(板書(shū))逸出功:使電子脫離某種金屬所做功的最小值。 【教師總結(jié)】同學(xué)們根據(jù)自己已有的知識(shí)對(duì)光電效應(yīng)可能發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行了猜測(cè)和分析,我們發(fā)現(xiàn)我們的推測(cè)與實(shí)驗(yàn)大相徑庭,是我們學(xué)的知識(shí)錯(cuò)了還是面對(duì)新
9、的實(shí)驗(yàn)事實(shí)應(yīng)該建立新的理論呢?我們來(lái)看科學(xué)家是怎樣面對(duì)的?3愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程引導(dǎo)學(xué)生看書(shū):愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程【教師講解】愛(ài)因斯坦一輩子很少做實(shí)驗(yàn),他是一個(gè)偉大的物理學(xué)家,但他非常尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí),當(dāng)理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相矛盾時(shí)他傾向?qū)嶒?yàn),為了解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律,他接受并發(fā)展可普朗克都惶惑的能量子觀點(diǎn),提出光子說(shuō)提出光子說(shuō),從而成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。(板書(shū))光子:光本身是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的, 頻率為的光子能量為h,其中h為普朗克常量,這些能量子叫做光子。(板書(shū))愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:(其中Ek為電子從金屬表面逸出的最大初動(dòng)能,h為一個(gè)光子的能量,W0為逸出功,與頻率的關(guān)系是)(
10、1)內(nèi)容:光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為h的微粒形式出現(xiàn),而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說(shuō),頻率為 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流,這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動(dòng)。(2)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量,一部分消耗在電子逸出功W0,另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭?dòng)能 Ek 。由能量守恒可得出:W0為電子逸出金屬表面所需做的功,稱為逸出功Wk為光電子的最大初動(dòng)能。(3)愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋:光強(qiáng)大,光子數(shù)多,釋放的光電子也多,所以光電流也大。電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出,所以不需時(shí)間的累積。 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系從光電效應(yīng)方程中,當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí),可得極限頻率:愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng),但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn),因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。四、板書(shū)設(shè)計(jì)2.2 涅槃鳳凰再飛翔一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 1、光電效應(yīng)現(xiàn)象:2、存在飽和電流:入射光越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)越多。3、遏止電壓及其公式:4、光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān),而與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)5、截至頻率:當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng),不同金屬截至頻率不同。6、光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性:發(fā)生光電效應(yīng)幾乎不需要反應(yīng)時(shí)間。小于10-9S二、光電效應(yīng)解釋中的疑難逸出
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