第一节光电效应 光子08

1、 教学课题：光电效应 光子教学目的：1、观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论2、区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、金属的逸出功、光电子的最大初动能等3、掌握并熟练应用爱因斯坦光电方程；教学难点：1、光的强度（每秒发射的光子数）决定了每秒逸出的光电子数；2、光的频率是和光电子的最大初动能联系着的。3、爱因斯坦光电方程与图像的理解及应用。教学过程：进一步研究光电效应，向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律有什么规律呢？让我们进一步研究向学生介绍光电效应演示仪在黑板上画一示意图，如图所示S为抽成真空的光电管，C是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，

2、金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节观察现象一：在没有光照射K时，电压表 有示数，电流表没有示数，说明什么？明确：AK之间有电场存在，但没有光电子逸出，说明没有发生光电效应提出问题：要发生光电效应，是不是用任何频率的光线照射都行？是不是弱光线不行，只要光的强度足够大就行？是不是只要有足够大的电场电压就行？观察现象二：保持AK间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流用红光照射时改变入射光的亮度和

3、改变电场电压都不发生光电效应让学生考虑原因结论一：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率0才能产生光电效应观察现象三：逐渐减小KA间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在如果在KA间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零提出问题：为什么KA间没有电场，仍然有光电流？也就是说仍然有光电子从K极板飞向A极板呢？在KA间加反向电压，光电子在电场中受力方向如何？电场力对光电子做正功还是负功？光电子克服电场力做功和它的动能变化关系如何呢？根据学生回答的问题引导分析：KA间没有电场仍有光电流说明光线照射金属板逸出的光电子具有一定的动能，一部分光电子可以到达极板A

4、形成光电流金属中的电子吸收光的能量获得动能，只有达到某一值才能克服原子的束缚从金属中飞出，因此称为最大初动能，以表示。如果反向电压达到U恰好光电流为零，则eU=.测得电压U就可以求出光电子的最大初动能保持反向电压和入射光的频率不变，调亮灯泡，发现光电流仍然为零此时将入射光的频率增大，发现光电流增大，不再为零结论二：光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率增大而增大提出问题：入射光亮度高不就是能量大吗，金属中的电子获得的能量大，初动能就应该增大，但为什么只与入射光频率有关而与光强无关呢？解释这一问题：频率一定的光，每个光子的能量为h，频率越大的光，光子的能量越大因此电子吸收了高频率的

5、光子才能获得较大的初动能只有初动能足够大的光电子才能克服反向电场的阻力到达极板A形成光电流光的强度大只是光源每秒钟发射出光子的数目多，但如果是频率低的光子，每个光子的能量不大，电子吸收光子获得的能量也就较小只不过每秒入射的光子数目多，产生光电子的数目多，所以不提高入射光的频率就无法使光电子的最大初动能增大观察现象四：给光电管电极KA间加正向电场，以高于极限频率的光入射，保持电压不变，入射光频率不变，增加入射光的强度，发现光电流的强度增大提出问题：入射光的强度大是什么意思？光电流的强度大是什么意思？为什么它们之间有这样的关系？根据学生的回答归纳：入射光频率不变时光的强度大是指每秒钟入射的光子频率

6、一定，数目较多，因此每秒钟飞向极板A的光电子数多，由于到达的电子电量总和多，所以光电流较大结论三：当入射光的频率大于极限频率时，保持频率不变，则光电流的强度与入射光的强度成正比指出学生中可能存在的疑问：光电流的强度应该与入射光的频率有关频率高，光电子的最大初动能大，光电子运动得快，光电流大解释这一问题：如果入射光频率较高但强度不大，则说明每秒钟入射的光子数少尽管每个光电子初动能较大，但每秒钟到达极板A的光电子电量总和不大，因而也就不能形成较强的光电流说明：根据前面的实验还可以发现，结论四：光线照射金属表面，光电子发射几乎是瞬时的小结，光电效应具有以下规律：（1）各种金属都存在极限频率0，只有0

7、才能发生光电效应；（2）在单位时间里从极板射出的光电子数跟入射光的强度成正比；（3）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而随着入射光的频率的增大而增大；（4）瞬时性（光电子的产生不超过10-9s）。光子说能很好地解释光电效应.（1）对各种金属都存在极限频率0的解释：不同金属内正电荷对电子的束缚程度不同，因此电子逃逸出来所做的功也不一样，只有能量E大于使电子逃逸出来所需功的最小值W逸的光子，才能使金属逸出光电子。（2）对光电子的最大初动能与入射光的强度无关，而随着入射光的频率的增大而增大的解释：入射光频率不变时光的强度大是指每秒钟入射的光子频率一定，但数目较多。（3）对在单位时间里从极板射出的

8、光电子数跟入射光的强度成正比的解释：入射光的强度大说明每秒钟入射的光子数多，故能使更多的电子吸收光子后逃逸出来成为光电子。（4）对光电效应瞬时性的解释：金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的。介绍爱因斯坦的光电效应方程。爱因斯坦光电效应方程：Ek= h-W（Ek是光电子的最大初动能；W是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功。）两个重要图像： 图一：是极限频率，则有h=W;图二：I是饱和电流；U是反向截止电压，则有e U= h- W=E本节总结：学习这一节要注意区分一些主要的概念：光的强度、光子的能量、光电子的最大初动能、光电流的强度等入射光的强度是和光电流的强度联系着的，每

9、秒发射的光子数决定了每秒逸出的光电子数；入射光的频率是和光电子的最大初动能联系着的，每个光子的能量E=h决定了每个光电子的最大初动能练习1：如图所示是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，当用绿光照射阴极金属面K时，可以发生光电效应则下列说法正确的是（ ）衔铁电源MbaK放 大 器ANA改用紫光照射时电路中仍有光电流B放大器的作用是将光电效应时产生的光电流放大后，使铁芯M磁化，将衔铁N吸住C若增大绿光的照射强度，光电子最大初动能增大D改用红光照射阴极K时，电路中仍一定有光电流练习2：对爱因斯坦光电效应方程EK= h-W，下面的理解正确的有： A.只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EKB.式中的W表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功 C.逸出功W和极限频率0之间应满足关系式W= h0D.光电子的最大初动能和入射光的频率成正比解：爱因斯坦光电效应方程EK= h-W中的W表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电