4.2 光电效应方程及其意义 教学设计

《光电效应方程及其意义》教学设计 教学目标： 知道金属逸出功的概念，知道爱因斯坦光电效应方程，并能用其解释光电效应现象。知道光子的概念，会用光子能量和频率的关系进行计算。 理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决实际问题。 结合物理学发展史的学习，使学生了解科学理论的建立过程，体会科学研究的方法。 教学重点： 1、光子说 2、光电效应方程 教学难点： 爱因斯坦的光电效应方程的理解 教学方法： 讨论与交流、问题探究、讲授。 课时安排：1课时 复习引入： 产生光电效应的条件： 光电子的最大初动能： 新课教学： 能量量子假说 内容：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是的整数倍。 能量子： 普朗克常量： 物理意义：由这个假说出发，可以非常合理地解释某些电磁波的辐射和吸收的实验现象。 量子化：在微观世界里，物理量的取值常常是不连续的，只能取一些分立的值，这种物理量分立取值的现象称为量子化现象。 光子假说 内容：当光和物质相互作用时，光的能量不是连续的，而是一份一份的光量子。这些光量子后来被称为光子。 一个光子的能量： 每个光子的能量只取决于光的频率。 【讨论与交流】经典电磁理论在解释光电效应实验时遇到了根本性的困难。那么，利用光子假说，应该怎样解释光电效应实验呢？ 光电效应方程 【思考问题】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？ 逸出功：要使电子脱离某种金属，需要外界对它做功，做功的最小值叫作这种金属的逸出功，用表示。 按照爱因斯坦的理论，当光子照到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子全部吸收，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是，在这些能量中，一部分大小为的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能，即 其中： 理解： （1）方程中的时光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时动能大小可以是范围内的任何值。 （2）光电效应方程符合能量守恒定律。 （3）截止频率：从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到截止频率： 【思考问题】（1）遏止电压为什么与入射光的频率有关而与入射光的强度无关呢？ （2）爱因斯坦光电效应方程给出了光电子的最大初动能与入射光的频率的关系。 但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压 。 那么，怎样得到遏止电压与光的频率和逸出功的关系呢？ 关系式： 例题：某科技小组买到几个光电管，想测量这种光电管材料的截止频率。他们在实验室找到了几块标有波长数值的滤光片，请据此设计可行的测量方案。 练习：铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面。 （1）求光电子的最大初动能。 （2）求遏止电压。 （3）求铝的截止频率。 康普顿效应 情境：1918年-1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现一部分散射出来的X射线波长变长，这个现象后来称为康普顿效应。 一个光子的能量： 爱因斯坦指出光子动量： 得到光子的动量： 光波的波长为： 所以光子的动量为： 课堂小结： 知道普朗克的能量子假说； 知道爱因斯坦的光子说以及光子能量的表达式； 理解爱因斯坦的光电效应方程。 课后作业： 1、课后练习第4题 2、完成练习册 ... ...