人教版（2019）高中物理选择性必修第三册 4.2 光电效应 教案 (2)（表格式）

4.2光电效应
教学内容分析 本节由光电效应的实验规律、光电效应解释中的疑难和爱因斯坦的光电效应理论三部分组成，内容较多，难度较大，也很抽象。本节知识是本章的重点内容，也是认识光的粒子性的重要依据。爱因斯坦接受量子论，用量子思想对光电效应的解释是科学转折的重大信号，更多科学家开始关注普朗克提出的量子观点，并开创了新的局面。由光电效应方程、康普顿效应和光的波粒二象性三部分组成。 光电效应和康普顿效应进一步揭开了光的粒子性。通过科学们对光的本性的历史过程简单回顾，结合实验结论说明光的波粒二象性，让学生对光的本质有一个较为全面的认识。本节内容是对学生物理兴趣培养的好素材。
学情分析 学生在第一节已经了解了普朗克的量子化观点，在必修三的课本中也已经了解了光子的概念，这对本节课的学习有一定的帮助。同时经典物理观念和某些生活经验会影响学生接受量子思想。通过实验了解了什么是光电效应，并且探究了光电效应的实验规律，利用爱因斯坦的光电效应理论初步进行了解释，这些为本节课的学习奠定了基础。
学习目标 1. 学生通过观看光电效应的实验规律知道光电效应的实验规律。 2.学生通过运用爱因斯坦理论对光电效应的实验规律进行解释，形成光具有能量的思维观念。 3.学生通过推论康普顿效应的内容，形成光具有动量的思维观念。
教学重 难点 重点：光电效应的实验规律和用爱因斯坦理论解释光电效应。 光电效应方程、康普顿效应和光的波粒二象性。
难点：光电效应的实验规律和用爱因斯坦理论解释光电效应。
教学方法 演示教学、讲授法、推论法，小组讨论。
思政教育 光电效应推动了太阳能利用、光电通信等技术的发展，改善了全球能源结构和生活质量。我国 “一带一路” 倡议中国共享光伏技术、助力发展中国家绿色转型的实践，传递 “合作共赢” 的全球治理理念。
教学过程 教师活动 学生活动 课堂评价 设计意图
环节一 情境导入 任务一：新课引入 播放光电效应的相关视频。 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。 活动一：新课引入 观看视频。了解光电效应现象。 阅读教材找出光电效应的概念。 评价一：新课引入 光电效应的概念用自己的语言来描述。 用视频播放学生未曾见过的现象，吸引学生注意力，引出新课。
环节二 任务二：光电效应的实验规律 1.讲解光电效应的实验装置 2.播放光电效应的演示实验， （1）截止频率νc 当入射光的频率减小到某一数值νc时，光电流消失，这表明已经没有光电子了，νc称为截止频率。 （2）存在饱和电流 在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时，所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。 （3）存在遏止电压Uc U=0时，I≠0，因为电子有初速度 I=0，式中UC为遏止电压 (4)光电效应具有瞬时性 要入射光频率大于被照金属的截止频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。 (5)光电效应经典解释中的疑难 无法用经典的电磁理论来解释光电效应。 活动二：光电效应的实验规律 阅读教材理解光电效应的电路图 2.光电效应的实验中的几个重要概念。 （1）截止频率跟什么有关？（不同金属的截止频率νc 不同，即截止频率与金属自身的性质有关） （2）对于一定频率(颜色)的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。（饱和电流与入射光的强度有关其实是与光子数有关） (3) ①对于同一种颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都一样 ②光的频率发生变化时，遏止电压也会发生变化。 ③这表明光电子的能量（动能）只与入射光的频率有关。而与入射光的强弱无关 阅读教材理解逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。 评价二：光电效应的实验规律 1. 【例题】图甲是光电效应的实验装置，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系。根据乙图中的曲线，可知（　AC　） A.在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大 B.对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定 C.遏止电压越大，说明从该金属中逃出来的光电子的最大初动能越大 D. 只要增大电压，光电流就会一直增大 通过实验现象总结实验规律。 了解光电效应的瞬时性。
环节三 任务三：爱因斯坦的光电效应理论 1.光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。 2.爱因斯坦的光电效应方程 一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek。 3.光子说对光电效应的解释 很难直接测量光电子的动能，容易测量的是截止电压Uc。 Ek= hv- W0 活动三：爱因斯坦的光电效应理论 1.光的能量子 2.写出爱因斯坦的光电效应方程 就是光电效应的截止频率。 推导截止电压Uc。与光的频率v和逸出功W0的关系 Ek= hv- W0 Ek = eUc 评价三：爱因斯坦的光电效应理论 【例题】(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，图线与横轴的交点坐标为(4.27,0)，与纵轴的交点坐标为(5.5,0.5)。由图可知(　AC　) A．该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5 eV 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
任务四：康普顿效应和光子的动能 1.康普顿效应 在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应。 活动四：康普顿效应和光子的动能 教师的引导下完成一下推导。 爱因斯坦质能方程：E=mc2 光子能量：E=hν 评价四：康普顿效应和光子的动能 阅读教材上77页“光的波粒二象性”部分，简单描述一下光的波粒二象性 理解光的散射和康普顿效应
课堂小结 一、光电效应 光电效应，光电子 二、光电效应的规律。 1、饱和电流 2、遏止电压 3、截止频率 4、具有瞬时性 三、爱因斯坦的光量子假设 四、康普顿效应和光子的动量 五、光的波粒二象性
板书设计 一、光电效应的实验规律 1.光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。这种电子常称为光电子。 2.实验规律：①存在截止频率：vc ②存在饱和电流：IC ③存在遏止电压：Uc ④光电效应具有瞬时性<10-9s 二、光电效应经典解释中的疑难 1.光的电磁理论 ①逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值。 ②光电子：金属表面受到光照射时，从金属表面逸出的电子。 ③光越强，逸出的电子数越多，光电流也就越大。 光的电磁理论与光电效应的矛盾 爱因斯坦的光电效应理论 1.光量子理论：光本身就是由一个个不可分割能量子组成的。每一份称为光量子。 光子的能量：E = hν 2.光电效应方程：EK=hv-w0 ——光电子最大初动能 W0——金属的逸出功 3.爱因斯坦对光电效应实验规律的解释 4.密立根验证光电效应方程： 四、康普顿效应和光子动量 1.康普顿效应：在散射的X射线中，除了与人射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分。 2.光子不仅具有能量，而且具有动量，光子的动量p与光的波长λ和普朗克常量h有关： 五、光的波粒二象性 1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。 2.传播的过程中，表现出波动性；物体相互作用时，表现出粒子性。 3.波长较长时，表现出波动性；波长较短时，表现出粒子性。