人教版 (2019)选择性必修 第三册2 光电效应第一课时教案设计

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播放光电效应的相关视频。

观看视频。了解光电效应现象。

用视频播放学生未曾见过的现象，吸引学生注意力，引出新课。

讲授新课

一.光电效应的实验规律

用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。

表明锌板在射线照射下失去电子而带正电

当光线（包括不可见光）照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。

光电子定向移动形成的电流叫光电流。

思考1：在如图所示的电路中灵敏电流计会有示数吗？

思考2：当有光照射阴极K时回路中会有电流吗？

思考3：为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？

分析解答：光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有极少的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。

思考4：保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压，大家分析光电流会怎样变化？

（1）存在饱和电流

光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。

因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。

实验表明：

入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。

思考5：保持光照条件不变，对调电源的正负极，逐渐加大两极之间的电压，大家分析光电流会怎样变化？

(2)存在遏止电压

U=0时，I≠0，因为电子有初速度

加反向电压，如右图所示：

光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，光电子作减速运动。若

则I=0，式中UC为遏止电压

思考6：对刚才的实验，加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？

实验表明:对于一定颜色(频率)的光,   无论光的强弱如何,遏止电压是一样的. 光的频率 ν改变时，遏止电压也会改变。

光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射光的强弱无关。

(3)存在截止频率

经研究后发现：对于每种金属，都相应确定的截止频率ν c 。

 当入射光频率ν > ν c 时，电子才能逸出金属表面；

当入射光频率ν < ν c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

(4)具有瞬时性

实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。

更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10－9 秒（这个现象一般称作“光电子的瞬时发射”）。

光电效应在极短的时间内完成

勒纳德等人通过实验得出以下结论：

 ①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应；

② 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；

③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；

④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.

二.光电效应解释中的疑难

思考7：人们知道，金属中原子外层的电子会脱离原子而做无规则的热运动。但在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢?

温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出来，必须克服这个引力做功。

使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。

当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表面逸出，这就是光电子。光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。

这些结论与实验相符。

①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压UC应与光的强弱有关。

②不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。

③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10 -9  S。

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。

课堂练习1、利用光电管研究光电效应实验如图所示,用频率为ν的可见光照射阴极K,电流表中有电流通过,则(　　)

A.用紫外线照射,电流表不一定有电流通过

B.用红光照射,电流表一定无电流通过

C.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头移到A端时,电流表中一定无电流通过

D.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时,电流表示数可能不变

解析：因紫外线的频率比可见光的频率高,所以用紫外线照射时,电流表中一定有电流通过,选项A错误。因不知阴极K的截止频率,所以用红光照射时,也可能发生光电效应,所以选项B错误。即使UAK=0,电流表中也可能有电流通过,所以选项C错误。当滑动触头向B端滑动时,UAK增大,阳极A吸收光电子的能力增强,光电流会增大,当所有光电子都到达阳极A时,电流达到最大,即饱和电流,若在滑动前,电流已经达到饱和电流,那么即使增大UAK,光电流也不会增大,所以选项D正确。

答案：D

根据视频中演示的现象，理解什么是光电效应。

小组讨论，解决问题。

分析讨论问题。

根据思考问题总结实验规律。

结合带电粒子在电场中的受力情况分析光电子的受力情况。

明确截止评率的概念。

了解光电效应的瞬时性。

观看实验视频。

思考讨论问题。

阅读材料，了解实验结论与经典波动理论的不符之处。

完成课堂练习。

总结什么是光电效应规律，知道什么是光电子。

以问题的形式讲解新知识，促进学生的交流，增强学生学习的自主性。

对学生的回答内容进行点评和归纳，总结出更符合问题题意的答案。

根据思考问题总结实验规律。

通过对光电子的受力和运动情况分析，明确什么是遏止电压。

通过实验现象总结实验规律。

了解光电效应的瞬时性。

实验总结观点效应的规律。

引出“逸出功”的概念。

让学生了解实验结论与经典波动理论的不符之处，引导学生学习下一课时新内容。

拓展提高

1、下列利用光子说对光电效应的解释正确的是(　　)

A.金属表面的一个电子只能吸收一个光子

B.电子吸收光子后一定能从金属表面逸出,成为光电子

C.金属表面的一个电子吸收若干个光子,积累了足够的能量才能从金属表面逸出

D.无论光子能量大小如何,电子吸收光子并积累能量后,总能逸出成为光电子

解析：根据光子说,金属中的一个电子一次只能吸收一个光子,只有所吸收的光子频率大于金属的截止频率,电子才能逃离金属表面,成为光电子,且光子的吸收是瞬时的,不需时间的积累,故只有选项A正确。

答案：A

2、电器指针原来是闭合的,现让紫外线灯发出的光照射锌板,发现验电器指针张开了,则(　　)

A.验电器的指针带了正电

B.该实验表明光是一种电磁波

C.增强紫外线灯的发光强度,指针张角会增大

D.红光照射锌板,验电器的指针张角一定会变得更大

解析：用紫外线灯照射锌板时,验电器指针发生了偏转,可知发生了光电效应,电子从锌板中逸出,此时锌板失去电子带正电,故A正确。光是一种电磁波,但本实验无法得出此结论,故B错误。紫外光越强,单位时间内逸出的光电子数目越多,则带电荷量越大,所以验电器的指针偏角越大,故C正确。因为红光的频率小于紫外线的频率,用红光照射,不一定发生光电效应,故D错误。

答案：AC

3、(2020江苏盐城期末)如图所示,当光照射到光电管时,灵敏电流计指针没有发生偏转,检查电路没有发现断路情况,各元件也正常。发生这种情况可能的原因是(　　)

A.电源电压太高    B.入射光波长太长

C.入射光强度较弱 D.光照射时间太短

解析：由题图可知,此时电源提供的电压为正向电压,只要能发生光电效应,电路中就有电流,故A错误;若入射光波长太长,频率太小，小于截止频率，金属不能产生光电效应,与入射光的强度以及照射的时间都无关,故B正确,C、D错误。

答案：B

完成拓展提高。

巩固所学知识。

课堂小结

一、光电效应

光电效应，光电子

二、光电效应的规律。

1、饱和电流

2、遏止电压

3、截止频率

4、具有瞬时性

总结知识。

帮助学生总结所学知识，建立知识框架。

板书

一、光电效应

光电效应，光电子

二、光电效应的规律。

1、饱和电流

2、遏止电压

3、截止频率

4、具有瞬时性