《光电效应》教案

《光电效应》教案一、教材分析本课题为普通高中物理选择性必修第三册，第四章《原子结构和波粒二象性》的内容。课程内容方面，光电效应是量子理论基本概念的入门，同时其研究和发展的过程体现了物理学理论建立从现象到实验到正确结论的辩证之路，从物理思想上可以给学生以启发，培养核心素养。二、教学目标分析1、了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象．2、能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律．3、理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释．4、了解康普顿效应的实验现象和理论5、了解光的波粒二象性三、教学设计1、实验历史、背静及意义。赫兹在无意中发现了有光照射更容易产生点火花的物理历史，使学生了解光电效应这一现象的发现过程，并通过该发现过程让学生感受到科学中的“意外”的发现总是留给有细致观察的科学家的。2、光电效应的实验现象先介绍光电管的结构，让学生理解在电路图中，光电管的断开的，电路中没有电流。在通过播放实验录像，观察实验。注意观察：（1）一开始电路中是否有电流？（2）有光照后是否有电流？（3）光照的强弱与电流的大小是否有关？通过实验，让学生先对光电效应的实验现象建立概念，再寻找光电效应产生的原因和影响因素。3、总结光电效应的特点（1）先介绍更具体的研究光电效应的实验电路图。在该电路中存在正向电压和反向电压。通过分析光电子在电场中的受力，明白正向和反向电压对电子的作用。（2）特征1：存在截止频率。即发生光电效应与否，与光的强弱没有关系，只与光的频率有关。并且解释，通过经典物理学理论，是无法解释这一现象的。这里注意解释各种颜色光和频率的大小，解释基本的可见光，红外光和紫外光的频率的大小关系，为后面的习题做好理论准备。（3）特征2：存在饱和光电流。即随着正向电压的提升，电流会显著增大，但是正向电压增加到某一值后，就不会增加电流了。并且解释，通过经典物理学理论，可以解释这一现象。（4）特征3：存在遏止电压。随着反向电压的提升，电流会显著减少，这一现象学生是可以分析出来的，当电压增加到某一定值后，电流减到零，学生也可以解释。但是当光强提升后，这一遏止电压的取值不会发生变化，这一现象，经典物理学理论是无法解释的。（5）特征5：光电效应的瞬时性。向学生阐述光电效应是瞬间发生的。而经典理论中，光照的强度越强，光的能量越大，那么不能发生光电效应的情况中，增加光照时间，就应该能使光电子逸出。这与瞬时性的实验箱箱也是不匹配的。通过光电效应的几个特征，让学生体会，需要新的理论来解释这一新的实验现象。4、爱因斯坦的光电效应方程EkEk=hν-W理解公式中的每个物理量的含义。让学生应用光电效应方程，重新回到光电效应的四个典型特征中，一一解释该现象的原因，从而加深光电效应的理解。5、习题通过6个习题，分别强化了截止频率，遏止电压，饱和光电流的物理概念，同时加深了爱因斯坦光电效应方程的定量计算和理解。6、康普顿效应光电效应显然凸显了光的粒子性的一个方面，而康普顿成功地应用了光子的模型解释了X射线对石墨的照射后出现了波长增加的部分这一实验现象。同时将能量和动量的物理概念应用到了光子上，让人们对光子有了更深入的认识。7、光的波粒二象性这节课主要讲述的光电效应和介绍的康普顿效应都揭示了光的粒子性，这与以前建立的麦克斯韦电磁理论结合，只有基于波动性和粒子性的假说才能统一的描述光的各种现象，这也是量子理论逐渐建立的过程。四、小结这节课的内容主要运用实验视频，光电管的图片等，把抽象的问题直观化，通过电路图的直观分析，让学生自己体会光电效应中各个新的概念，使学生易于理解。课后篇素养形成必备知识基础练1.入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,而频率保持不变,那么()A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应答案C解析发生光电效应几乎是瞬时的,选项A错误;入射光的强度减弱,说明单位时间内的入射光子数目减少;频率不变,说明光子能量不变,逸出的光电子的最大初动能也就不变,选项B错误;入射光子的数目减少,逸出的光电子数目也减少,故选项C正确;入射光照射到某金属上发生光电效应,说明入射光频率不低于这种金属的截止频率,入射光的强度减弱而频率不变,同样能发生光电效应,故选项D错误。2.(上海崇明区二模)如图,弧光灯发出的光,经过下列实验后产生了两个重要的实验现象。①经过一狭缝后,在后面的锌板上形成明暗相间的条纹;②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度。则这两个实验现象分别说明()A.①和②都说明光有波动性B.①和②都说明光有粒子性C.①说明光有粒子性,②说明光有波动性D.①说明光有波动性,②说明光有粒子性答案D解析现象①是光的衍射现象,衍射是波所特有的现象,该现象说明了光具有波动性;现象②是光照射到锌板上,从锌板上有电子逸出,发生了光电效应,该现象说明了光具有粒子性,故A、B、C错误,D正确。3.(多选)用频率为ν的光照射在某金属表面时产生了光电子,当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时,其最大半径为R,若以W表示逸出功,m、e表示电子的质量和电荷量,h表示普朗克常量,则电子的最大初动能是()A.hν+W B.BeRC.hν-W D.B答案CD解析根据光电效应方程得,Ekm=hν-W,A错误,C正确;根据洛伦兹力提供向心力,有:evB=mv2R,则v=eRBm,最大初动能Ekm=12mv2=B2e4.(山东泰安模拟)如图所示为研究光电效应现象的实验原理图。已知光电管阴极材料的截止频率为ν0,现用频率为ν(ν>ν0)的单色光照射光电管,发现滑动变阻器的滑片P处于图示位置时,灵敏电流计的示数为零,下列说法正确的是()A.灵敏电流计的示数为零,是因为没有发生光电效应B.若不断向左移动滑片P,则灵敏电流计一定会有示数C.若不断向右移动滑片P,则灵敏电流计一定会有示数D.仅不断增大入射光的光照强度,灵敏电流计一定会有示数答案C解析由题意知,入射光的频率大于阴极材料的截止频率,一定能发生光电效应,故A错误;若不断向左移动滑片P,反向电压增大且大于遏止电压,则灵敏电流计一定不会有示数,故B错误;若不断向右移动滑片P,反向电压减小且小于遏止电压,则灵敏电流计一定会有示数,故C正确;增大入射光的强度,根据光电效应方程式Ekm=hν-W0=eUc可知,光电子的最大初动能为零,电流计中无电流,也没有示数,故D错误。5.(河北秦皇岛月考)一含有光电管的电路如图甲所示,图乙是用光线a、光线b和光线c照射同一光电管得到的I-U图线,Uc1、Uc2表示遏止电压。关于光线a、b、c的波长关系,下列判断正确的是()A.λa>λb>λc B.λa<λb<λcC.λa=λb<λc D.λa=λc>λb答案D解析根据Ekm=hν-W0=eUc可知,遏止电压越大则入射光的频率越大,a光、c光的遏止电压相等,所以a光、c光的频率相等,则a、c光的波长相等;因b光的遏止电压大于a光的遏止电压,所以b光的频率大于a光的频率,则a光的波长大于b光的波长,故D正确,A、B、C错误。关键能力提升练6.(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点的横坐标为4.27,与纵轴交点的纵坐标为0.5)。由图可知()A.该金属的截止频率为4.27×1014HzB.该金属的截止频率为5.5×1014HzC.该图线的斜率的物理意义是普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV答案AC解析当最大初动能为零时,入射光的光子能量与逸出功相等,即入射光的频率等于金属的截止频率,可知金属的截止频率为4.27×1014Hz,A正确,B错误;根据Ek=hν-W0知,图线的斜率表示普朗克常量,C正确;金属的逸出功为W0=hνc=6.63×10-34×4.27×1014J=1.77eV,D错误。7.(多选)美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压U0与入射光频率ν的关系,描绘出图乙中的图像,由此算出普朗克常量h,电子电荷量的绝对值用e表示,下列说法正确的是()A.入射光的频率增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大C.由U0-ν图像可知,这种金属的截止频率为ν0D.由U0-ν图像可得普朗克常量的表达式为h=U答案CD解析入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则遏止电压增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,故A错误;根据光电效应方程Ek=hν-W0知,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故B错误;根据Ek=hν-W0=eU0,解得U0=ℎνe−ℎν0e,图线的斜率k=ℎe=U1ν1-ν0,则8.若一个光子的能量等于一个电子的静止能量,已知静止电子的能量为m0c2,其中m