WL-2013-02-077第17.2节《光的粒子性》导学案.doc

高二物理 WL-2013-02-077
第17.2节《光的粒子性》导学案(一)
编写人 路尔清 审核人：张金莲 编写时间：2014年12月10日
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【学习目标】
1．通过实验理解光电效应的概念及规律。（重点）
2．理解爱因斯坦的光量子假设和光电效应方程。（重点、难点）
3．能利用光量子假设和光电效应方程解释解释简单问题。
【使用说明与学法指导】
观察实验、归纳概念、提出假设、解释现象。
【知识链接】
1．光的 、 现象，说明了光是 ；
光的 现象说明光是横波，麦克斯韦电磁场理论认为光是一种 。
2．普朗克认为带电微粒辐射或吸收能量时，是以最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个最小的能量值叫做 ，表达式= 。
3．金属的微观结构：在金属中有大量的 ，它们只能在自已平衡位置附近做振动，同时也有大量自由移动的 ，它们在金属中自由移动。
4．光的颜色由光的 决定。
【学习过程】
知识点一、光电效应概念
【问题1】观察实验，回答下列问题：
1．用弧光灯照射锌板，同学们观察到什么现象？解释观察的现象。

2．光电效应： 。
3．实验中，从金属表面逸出的电子为 。锌板带上 电、验电器带上 电。

知识点二、光电效应的实验规律
【问题2】如右图所示为研究光电效应的实验装置，当光照射到阴极K时，能够发出光电子。对实验装置分析：
1．如图1所示，阳极电势为，阴极电势。可知， ；
2．请在图2中画出两极板电场分布和电子所受电场力方向；
3．若将滑动变阻器滑片向右滑动，阳极、阴极间电场强度在如何变化？ 。
4．观察电路图，若不用光照射阴极，电流表有读数吗？为什么？

【问题3】规律一：存在饱和电流
对照图1，饱和电流的存在说明：在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发射的 是一定的。
实验表明：光的颜色一定的情况下，入射光越强，单位时间发射的光电子数 ，饱和电流 。

【问题4】规律二：存在着遏止电压
1．如图3所示，阳极电势为，阴极电势，则 。此时加在阴阳两极电压称为反向电压。请在图4中画出阳极与阴极间的电场方向，画电子受力情况，电子所受电场力与电子飞出阴极速度方向 。
2．对照右图2，根据你的理解，什么是遏止电压？

3．若电子飞出阴极的最大速度为，此电子刚好到达阳极，则此时阳极与阴极间电压值为多大？（电子质是为，电量为）

实验表明：对于一定颜色的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是 ，光的频率改变，遏止电压也会 ，这表明光电子能量只与入射光的 有关。
【问题5】规律三：存在截止频率（或极限频率）
1．对照右图1，根据你的理解，什么是截止频率？

2．请同学仔细观察课本P32表1，极限频率是 决定的。
实验表明：入射光的频率低于截止频率时 光电效应。
3．光电效应能否发生，是由什么来决定的？发生光电效应的条件是什么？

【问题6】规律四:具有瞬时性
当入射频率超过截止频率时时，无论光怎样微弱，光照射到金属板，光电效应 产生，时间不会超过 。

知识点三、光电效应解释中的疑难
【问题7】阅读课本P32面“光电效应解释中的疑难”，回答下列问题：
1．在温度不高的情况下，为什么金属中的电子不能逸出金属表面？

⑴逸出功： 。
⑵使哪个地方的电子脱离金属所做功才有可能等于逸出功？ 。
2．经典的电磁理论：光入射到金属表面，电子吸收能量。
结论：⑴光越强，光电子的初动能应越大，所以遏止电压应该与 有关，与光的频率无关。（实际光电子的能量与频率有关）
⑵不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可以获得足够的能量从而逸出表面，而不应该存在 。（而光电效应中存在极限频率）
⑶如果光很弱，按经典电磁理论，电子需要几分钟到十几分钟时间才能获得逸出表面所需要的能量，光电效应不应该有 性。

知识点四、爱因斯坦的光电效应方程
为了解释光电效应现象，爱因斯坦受普朗克能量子的启发，提出“光子说”。
【问题8】爱因斯坦的光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由 ；频率为的光的能量子为 ；这些能量子称为 。

【问题9】爱因斯坦的光电效应方程：
光电效应中，光照射到金属表面，即大量光子到达金属表面，每一个电子只能吸一个光子，电子吸收一个光子的能量，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功。剩下的表现为逸出后电子的动能，根据能量守恒写出方程： 。或者： 。
=，于是方程又可写为： 。或者： 。

【问题10】光电效应现象：
1．为什么存在截止频率？

2．对于同一种金属而言，为什么光电子最大初动能仅与入射光频率有关？

3．在颜色不变的情况下，为什么入射光越强，单位时间发射的光电子数越多？饱和电流越大？（入射光越强，单位时间到达金属表面光的能量越多，每一个光子只能打出一个电子。）

4．为什么光电效应也具有瞬时性？

【当堂检测】
1．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，这时 ( )
A．锌板带正电，指针带负电
B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带负电
D．锌板带负电，指针带正电

2．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( )
A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子
B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子
C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出
D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子

3．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？

4．铝的逸出功是，现在将波长的光照射铝的表面。
⑴求光电子的最大初动能。
⑵求遏止电压。
⑶求铝的截止频率。

【冥思单】
1．光照射到金属表面，能否发生光电效应，取决于 频率和 极限频率，当 ，发生光电效应；当 ，不发生光电效应。
2．在金属板一定情况下，光电子最大初动能由 决定。
光电效应方程：
遏止电压的求解方程： （ 设电子最大速度为，质量为，电量为）
3．在入射光频率一定的情况下，单位时间内发射的光电子数由 决定。
4．光电效应的发生具有 性，时间不超过 。
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