第2课 光的粒子性（备课堂）-【上好课】2020-2021学年高二物理同步备课系列（人教版选修3-5）

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第2课 光的粒子性
备课堂
教学目标：
（一）知识与技能
1．通过实验了解光电效应的实验规律。
2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3．了解康普顿效应，了解光子的动量
（二）过程与方法
经历科学探究过程,认识科学探究的意义。
（三）情感态度与价值观
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。通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世
界的探究是不断深入的。
重点：
光电效应的实验规律及其解释
难点：
光电效应的实验规律及与经典物理的矛盾
教学方法：
教师启发、引导,学生讨论、交流。
教学用具：
光电实验演示仪,投影片,多媒体辅助教学设备
讲法速递
（一）引入新课：
提问:回顾前面的学习,总结人类对光的本性的认识的发展过程。
学生回顾、思考,并回答。
教师倾听、点评。
光的干涉、衍射现象说明光是电磁波,光的偏振现象进一步说明光还是横波。19 世纪
60 年代,麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而,出人意料的是,正当人们以为
光的波动理论非常完美的时候,又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对
这一现象及其他相关问题的研究,使得人们对光的又一本质的认识得到了发展。
板书：第 2节 光的粒子性
（二）进行新课：
1．光电效应
教师：实验演示。（课件辅助讲述）
2
2
1
cevm c
eU
用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张
角增大到约为 30 度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会
变大。
学生：认真观察实验。
教师提问：上述实验说明了什么？
学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。
概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出
来的电子叫做光电子。
2．光电效应的实验规律
（1）光电效应实验
如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。
光电子在电场作用下流入电流表形成光电流。
概念：遏止电压
将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。
当
K
、
A
间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值
U
c 时，光电流
恰为 0。
U
c称遏止电压。根据动能定理，有
（2）光电效应实验规律
① 光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。
② 截止频率
ν
c ----极限频率
对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率
ν
c 。
当入射光频率
ν
>
ν
c 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率
ν
<
ν
c时，无论
光强多大也无电子逸出金属表面。
③ 光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。
3．光电效应解释中的疑难
经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光
的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子
逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该
与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频
率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论
光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能
量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假
设。
4．爱因斯坦的光量子假设
（1）内容：光不仅在发射和吸收时以能量为
hν
的微粒形式出现，而且在空间传播时
也是如此。也就是说，频率为
ν
的光是由大量能量为
E =hν
的光子组成的粒子流，这些
光子沿光的传播方向以光速
c
运动。
（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中，金属中的最易逸出的电子吸收了光子的能
量，一部分消耗在电子逸出功
W
0，另一部分变为光电子逸出后的动能
Ek
。由能量守恒可
得出：
W
0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功
Wk
为光电子的最大初动能。
（3）爱因斯坦对光电效应的解释：
①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。
③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系
④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：
h
W
c
0
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它
完全违背了光的波动理论。
5．光电效应理论的验证
美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在 1915年证实了爱
因斯坦光电效应方程，
h
的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。
展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根
hν=Ek+W0
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