4.1 光电效应 教学设计

《光电效应》教学设计
教学目标：
了解光电效应的规律及光电管的工作原理，理解截止频率、遏止电压的概念；
通过实验探究光电流的大小是否与入射光的强度及其频率有关，从中挖掘出有价值的信息进行猜想，体会科学探究的方法；
通过讨论与交流，引起学生对实验中不寻常现象的注意，培养学生的科学思维，鼓励学生敢于质疑，提出新见解。
教学重点：
光电效应的实验规律
教学难点：
理解光电效应的实验规律
教学方法：
演示实验，讨论与交流、讲授。
课时安排：1课时
实验引入：
把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。这个现象说明了什么问题？
新课教学：
光电效应
概念：金属在光的照射下发射电子的现象被称为光电效应。
2、光电子：在光电效应现象中发射出来的电子被称为光电子。
3、光电管
（1）光电管
（2）光电流
（3）光电管的工作原理:为了把光电子尽可能多地收集到阳极，以增强光电流，通常还在光电管两极加上正向电压。
光电效应的实验规律
【思考问题】以上实验改用很强的白炽灯照射，却不能发生光电效应，这说明什么问题？
【观察与思考】如图所示为光电效应演示器及原理图，注意观察不同入射光强度、频率和光照时长对应的光电流的大小。
实验现象1：当入射光的频率减小到某一数值 时，光电流消失，这表明已经没有光电子了。
实验现象2：在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会再进一步增大了。
【讨论与交流】为什么说金属材料存在截止频率是一个“奇怪”的现象？
总结：1、对于任何一种金属，都存在一个截止频率，入射光的频率必须大于这个截止频率，才能产生光电效应；低于这个截止频率的光就不能产生光电效应。
光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而增大。
当入射光的频率大于截止频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。
入射光照射金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9s。
最大初动能：直接从金属表面飞出的光电子的速度最大，其动能为最大初动能。
情境：如图所示，在光电管的两个电极上加上反向电压，调节反向电压的大小可以阻止光电子到达阳极。在强度和频率一定的光的照射下，回路中的光电流将会随着反向电压的增加而减小，当反向电压达到某一数值时，光电流将会减小到零。
遏止电压：
【思考问题】（1）设光电子的电荷量为，质量为，光电子到达阳极时
要克服反向电场力做多少功？
（2）光电子出射的最大初动能与遏止电压有什么关系？
【讨论与交流】光电子的最大初动能可以通过测量金属的遏止电压来确定。那么，金属的遏止电压与入射光的强度和频率又有什么关系？
经典电磁理论解释的困难
波动理论认为光的能量是由光的强度决定的，而光的强度又是由光波的振幅决定的，跟频率无光。
【思考问题】阅读教材内容，请列举出电磁理论解释光电效应的困难之处，完成下列表格。
困难 波动理论 光电效应实验结果
困难1
困难2
困难3
练习1：在光电效应实验中，如果入射光的波长确定而强度增加，将产生什么结果？如果入射光的频率增加，将产生什么结果？
练习2：金属A在一束绿光照射下恰能发生光电效应，现用紫光或红光照射时，能否发生光电效应？紫光照射A、B 两种金属都能发生光电效应时，为什么逸出金属表面的光电子的最大速度大小不同？
课堂小结：
了解光电效应规律及光电管工作原理；
理解截止频率、遏止电压的概念；
理解光电效应与光的电磁理论之间的矛盾。
课后作业：
1、课后练习第4题
2、完成练习册