5.1 光电效应 教案 (5)

5.1
光电效应
教案5
教学目的：1、了解光电效应产生的条件、特点和规律，及在科学技术上的应用。
2、光子的量子性、光的光子说及其建立过程。会运用爱因斯坦光电方程解释光电效
应现象。
3、培养学生运用新的物理模型。分析研究微观粒子行为规律，从而对宏观实验加以解释的能力。
教学过程：
一、导入新课
1、光电效应。
光的电磁说，使光的理论发展到相当完美的地步，取得了巨大成就，但是并不能解释所有的光现象，光电效应现象的出现，光的电磁说遇到了不可克服的困难。
演示光电效应实验：
锌板被光照后，验电器带正电，
说明从锌板表面上发射出电子
在光（包括不可见光）照射下
从物体发射出电子（光子）的现象叫做光电效应。
对光电效应的研究，得出如下结论
（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入射光频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应
（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大（线性关系）
（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（
t﹤10-9秒）
（4）当入射光频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光强度成正比。
这就是光电效应的规律。
金属中的自由电子，由于受到晶格正离子的吸引，必须从外部获得足够能量才能从金属中逸出。
按照波动理论，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，跟频率无关。因此无论光的频率如何，只要光的强度足够大或照射时间足够长，都能使电子获得足够的能量产生光电效应。然而这跟实验结果是直接矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。
2、光子说
1900年德国物理学家普朗克在研究“电磁场辐射的能量分布”时发现，只有认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份地进行的，每一份的能量等于hr，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合。
普朗克恒量h=6.63×10-34焦耳．秒
爱因斯坦在上述学说的启发下,于1905年提出光的光子说,在空间传播的光也不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光子,光子的能量与频率成正比.E=hr
光子说对光电效应的解释:
当光子照射到金属上时,它的能量可以被金属中某个电子全部吸收,电子吸收能量足够大,能克服金属内部的引力做功,离开金属表面逃逸出来,成为光电子.
根据能量守恒定律:
mv2/2=hr-W(光电方程)
mv2/2___光电子最大初动能
W______金属的逸出功
3、光电管
光电管是利用光电效应把光信号转化为电信号的器件
构造原理：
应用：自动化装置、有声电影、无线
电传真和光纤通信技术中
巩固练习：
用可见光照射锌板，能否产生光电效应？
用一红光照射铯材料，不产生光电效应，如果用一个凸透镜将红光聚焦到此金属上，并经历相当长时间，能否产生光电效应？为什么？
有两束强度相同的光，以不同的入射角，分别入射到两块相同的金属板上，在相同的时间内，从金属板逸出的电子数目是否相等？
在图中，直线PQ表示光电子的最大初动能与入射光频率r的变化关
图中哪一个值可确定普朗克恒量h。
图中哪一个线段表示极限频率r0的值。
图中哪一个线段相当于金属的逸出功W。