人教版选修35 光的粒子性 第1课时 教案.doc

教学课题： 第二节 光的粒子性 教学目标知识与技能：1通过实验了解光电效应的实验规律。2知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。3了解康普顿效应，了解光子的动量过程与方法：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。情感态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。【重点难点】1、重点：光电效应的实验规律2、难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义教学过程：一、光电效应的实验规律演示 1、光电效应当光线（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2、光电效应的实验规律思考：为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？ 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： 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：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 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。 经研究后发现： 对于每种金属，都相应确定的截止频率nc 。 当入射光频率n nc 时，电子才能逸出金属表面； 当入射光频率n w0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率。 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电 流大。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4、光电效应理论的验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的 贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖四、光电效应在近代技术中的应用1、光控继电器可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。2、光电倍增管可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105108倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。反馈练习：1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器指针张开一个角度，如图所示，这时 ( b )a、锌板带正电，指针带负电。b、锌板带正电，指针带正电。c、锌板带负电，指针带正电。d、锌板带负电，指针带负电。2、若用绿光照射某种金属板不能发生光 电效应，则下列哪一种方法可能使该金属 发生光电效应（ d ）a、增大入射光的强度b、增加光的照射时间c、改用黄光照射d、改用紫光照射3、三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a、b、c上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长甲乙丙， 则（ a ） a、用三种入射光照射金属a ，均可发生光电效应b、用三种入射光照射金属c ，均可发生光电效应c、用入射光甲和乙同时照射金属c，可能发生光电效应d、用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应4、用绿光照射一光电管能产生光电效应，欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大应（ d ）a、改用红光照射 b、增大绿光的强度c、增大光电管上的加速电压 d、改用紫光照射小结： 1、光电效应现象 2、光电效应规律 入射光越强，单位时间中发射的光电子越多光电子的能量只与入射光的频率有关。 入射光的频率低于截止频率（极限频率）时不能发生光电效应。 光电效应具有瞬时性 3、爱因斯坦光电效应方程及其对实验结论 的解释ekhw0 解释截止频率、饱和光电流、瞬时性五、康普顿效应1、光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射。 1923年康普顿在做x射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。 2、康普顿散射的实验装置与规律：康普顿正在测晶体对x 射线的散射按经典电磁理论： 如果入射x光是某 种波长的电磁波， 散射光的波长是 不会改变的！散射中出现 ll0 的现象，称为康普顿散射。 康普顿散射曲线的特点： a.除原波长l0外出现了移向长波方向的新的散射波长l 。 b.新波长l 随散射角的增大而增大。波长的偏移为六、康普顿效应解释中的疑难 1、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。无法解释波长改变和散射角关系。 2、光子理论对康普顿效应的解释 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。七、康普顿散射实验的意义1、有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； 2、首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设； 3、证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。 康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”； 在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。 康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家七、康普顿散射实验的意义4、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作，1925