光的粒子性PPT课件6-人教课标版.pptx

1、1 7 . 21 7 . 2 光 的 粒 子 性光 的 粒 子 性（第一课时）（第一课时）1. 知道光电效应现象和光电子的概念。知道光电效应现象和光电子的概念。2. 了解光电效应产生的条件。了解光电效应产生的条件。3.了解爱因斯坦的光子说。了解爱因斯坦的光子说。4. 了解饱和电流、遏止电压和截止频率，理解光电效应的规律了解饱和电流、遏止电压和截止频率，理解光电效应的规律5. 理解爱因斯坦光电效应方程，会用光电效应方程解决简单问题。理解爱因斯坦光电效应方程，会用光电效应方程解决简单问题。学 习 目 标 首先通过物理学史，引入新课内容首先通过物理学史，引入新课内容光的粒子性光的粒子性。通过光电效应

2、实。通过光电效应实验，得出光电效应的概念，接着通过视频，观察光电效应实验的规律，和验，得出光电效应的概念，接着通过视频，观察光电效应实验的规律，和学生共同总结出光电效应实验的三条规律。又通过学生共同总结出光电效应实验的三条规律。又通过“无法用经典的波动理无法用经典的波动理论来解释光电效应论来解释光电效应”，提出三个结论都与实验结果相矛盾的问题，引出爱，提出三个结论都与实验结果相矛盾的问题，引出爱因斯坦的光电效应方程。最后通过光电效应理论的验证的介绍，验证了爱因斯坦的光电效应方程。最后通过光电效应理论的验证的介绍，验证了爱因斯坦的光电效应方程理论的正确性，并且补充了光电效应在近代技术中因斯坦的光

3、电效应方程理论的正确性，并且补充了光电效应在近代技术中的应用。的应用。 在光电效应的实验中，利用视频演示了锌板在紫外光和白炽灯照射下在光电效应的实验中，利用视频演示了锌板在紫外光和白炽灯照射下发生的现象，使学生产生了浓厚的学习兴趣。并通过展示原理图，让学生发生的现象，使学生产生了浓厚的学习兴趣。并通过展示原理图，让学生了解光电效应实验的原理和规律。在介绍爱因斯坦的光电效应方程理论的了解光电效应实验的原理和规律。在介绍爱因斯坦的光电效应方程理论的时候，可以结合学生以往对功能关系的学习，进而得出矛盾的观点，引出时候，可以结合学生以往对功能关系的学习，进而得出矛盾的观点，引出光电效应理论的验证，并通

4、过光控继电器和光电倍增管的例子，说明光电光电效应理论的验证，并通过光控继电器和光电倍增管的例子，说明光电效应在近代技术中的应用，使学生能结合生活生产活动，联系物理的理论效应在近代技术中的应用，使学生能结合生活生产活动，联系物理的理论学习。学习。设 计 思 路托马斯托马斯杨杨 光的干涉光的干涉菲涅尔菲涅尔 光的衍射光的衍射马吕斯马吕斯 光的偏振光的偏振19世纪初期，光的波动说占主导地位 19 世纪世纪 60 年代和年代和 80 年代年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波本质，光的波动理论似乎已经完美了。验上确认了光的电磁波本质，光的波动理论似乎已

5、经完美了。 不断不断发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发现和认识新现象，进而理解事物的本性，这是一切科学发展的必由之路。人类对光的认识也是如此。重新提出发展的必由之路。人类对光的认识也是如此。重新提出“光的粒子光的粒子性性”，恰恰展示了曲折的认识过程。科学在这里又一次转折，恰恰展示了曲折的认识过程。科学在这里又一次转折新 课 导 入 把把一块锌板连接在验电器上，并使锌版带负电，验电器一块锌板连接在验电器上，并使锌版带负电，验电器指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针指针张开。用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针的变化。的变化。 验电器指针的张角先变小后变大，表明锌版在紫外线

6、灯照射下失去电子而带正电。新 课 讲 授定义：定义：照射照射到到金属表面的光，能使金属中的电子金属表面的光，能使金属中的电子逸出逸出的现象，称为光电效应的现象，称为光电效应。逸出的电子称为逸出的电子称为光电子光电子。光电子定向移动形成的电流叫光电流。 1887 1887年，赫兹在研究年，赫兹在研究电电磁波磁波的实验中偶然发现，的实验中偶然发现，接接收电路收电路的间隙如果受到的间隙如果受到光照光照就就更容易产生电火花。这更容易产生电火花。这就就是最早发现的光电效应。是最早发现的光电效应。 后来经过后来经过汤姆逊等多汤姆逊等多名名科学家科学家的实验研究，证实的实验研究，证实了了这个现象这个现象，即

7、照射到金属，即照射到金属表表面的面的光，能使金属中的光，能使金属中的电子电子从从表面表面逸出逸出，这个现象就，这个现象就叫叫光电效应光电效应。科 学 视 野科 学 视 野 光照光照不变，不变，增大增大 UAK，电流，电流表表G 中中电流达到某一值后不再增电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。大，即达到饱和值。 因为在光照因为在光照条件一定时，条件一定时，K 发射的光电子发射的光电子数目一定数目一定。电压增。电压增加到一定值时，所有光电子都被加到一定值时，所有光电子都被阳极阳极A吸收。吸收。 实验表明：入射光入射光越强，饱越强，饱和电流越大，单位时间内发射的和电流越大，单位时间内发射的光电子数

8、越多。光电子数越多。A AK K阳极阳极阴极阴极V VG光电子所受电场力方向与光电子速度光电子所受电场力方向与光电子速度方向相反，方向相反，光电子做减速运动光电子做减速运动。若。若当所加电压当所加电压U = 0 时，电流时，电流I 0，因为因为电子有电子有初速度，会飞到阳极初速度，会飞到阳极A。在两。在两极间加上反向电压，如图所示。极间加上反向电压，如图所示。则则 I = 0，式，式中中 为为遏止电压遏止电压2. 存在遏止电压和截止频率遏止电压 ：使光电流减小到零的反向电压EEUFKA2ecc12meU 速率最大的是速率最大的是 最大初动能最大初动能实验表明： 改变时，改变时，最大初动能最大初

9、动能截止频率 实验实验结果：即使入射光的强结果：即使入射光的强度非常微弱，度非常微弱，电流表，电流表指针也几乎是随着入射光照射就指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。立即偏转。 更更精确的研究推知，光电子精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过发射所经过的时间不超过109 s 即即光电效应几乎是瞬时发生的。光电效应几乎是瞬时发生的。光电效应在极短的时间内完成！ 3. 具有瞬时性勒纳德等人通过实验得出以下结论1. 对于对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生于这个极限频率，

10、才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应光电效应；4. 入射入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过过 109 s。3. 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大；率增大而增大；2. 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大；小结小结逸出功逸出功 W0 ：使电子：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的种金属的逸出功逸出功。光越强，

11、逸出的电子数越多，光电流也就越大。实验实验表明：对于表明：对于一定颜色一定颜色(频率频率)的光的光, 无论光的强弱无论光的强弱如何，如何，遏止遏止电压是一样电压是一样的。的。1. 光光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压电压 应应与光的强弱有关。与光的强弱有关。 以上三个结论都与实验结果相矛盾，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。2. 不管不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。量从而逸出表面，不应存在截止频率。3. 如果如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子

12、需几分钟到十几光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于于10-9 s。1. 光子说：光光不仅在发射和吸收时以能量不仅在发射和吸收时以能量为为 h 的的微粒形式微粒形式出现，出现，而且而且在空间传播时也是如此。也就是说，在空间传播时也是如此。也就是说，频率频率为为 的的光是由大量光是由大量能量为能量为 = h 的的光子光子组成的粒子组成的粒子流流组成的，组成的，这些光子沿光的传播方向以这些光子沿光的传播方向以光速光速 c 运动运动。 在在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分光

13、电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子消耗在电子逸出功逸出功 W0 ，另一部分变为光电子逸出后的另一部分变为光电子逸出后的动能动能 Ek 。由能量守恒可得出：由能量守恒可得出：2. 爱因斯坦光电效应方程 W0 为为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功； 为为光电子的最大初动能光电子的最大初动能 3. 光子说对光电效应的解释(2) 电子电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。间，光电流自然几乎是瞬时发生的。(3) 光强光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时

14、产生的光较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。电子多，因而饱和电流大。(1) 爱因斯坦的光电效应方程爱因斯坦的光电效应方程表明，光电子的初动表明，光电子的初动能能 Ek 与与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当当 h W0 时，才有光电子逸出，时，才有光电子逸出，vc= W0 /h 就是光电效应的截止频率就是光电效应的截止频率 。光电效应显示了光的粒子性4. 光电效应理论的验证 美国美国物理学家密立根，花了十年时间做了物理学家密立根，花了十年时间做了“光电光电效应效应”实验，结果实验，结果在在 1915 年年证实了爱因

15、斯坦方程，证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子光量子”理理论的论的正确性。正确性。科 学 视 野科 学 视 野放大器放大器控制机构控制机构1. 光控继电器 可可对微弱光线进行放大，对微弱光线进行放大，可使光电流放可使光电流放大大 105 108 倍，倍，灵敏度高，用在工程、天文、灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。科研、军事等方面。2. 光电倍增管1. 光电效应光电效应现象现象2. 光电效应光电效应实验规律实验规律4. 爱因斯坦爱因斯坦的光电效应方程的光电效应方程3. 光电效应光电效应解释中的疑难解释中的疑难5. 光电效应

16、光电效应在近代技术中的应用在近代技术中的应用课 堂 总 结1. 在在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏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，验电器的指针就张开一验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图所示个角度，如图所示，这时，这时 ( )A. 锌锌板带正电，指针带负电板带正电，指针带负电B. 锌锌板带正电，指针带正电板带正电，指针带正电C. 锌锌板带负电，指针带正电板带负电，指针带正电D. 锌锌板带负电，指针带负电板带负电，指针带负电B课 堂 测 试2. 一一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，束黄光照射某

17、金属表面时，不能产生光电效应，则则下列下列措施中可能使该金属产生光电效应的是措施中可能使该金属产生光电效应的是( ) A. 延长延长光照时间光照时间 B. 增大增大光束的强度光束的强度 C. 换换用红光照射用红光照射 D. 换换用紫光照射用紫光照射D3. 根据图所根据图所示研究光电效应的示研究光电效应的电路，利用能够产生光电效应电路，利用能够产生光电效应的两种（或多种）已知频率的的两种（或多种）已知频率的光来进行实验，怎样测出普朗光来进行实验，怎样测出普朗克常量克常量？根据？根据实验现象说明实实验现象说明实验步骤和应该测量的物理量，验步骤和应该测量的物理量，写出根据本实验计算普朗克常写出根据本

18、实验计算普朗克常量的关系式。量的关系式。解：当解：当入射光频率分别入射光频率分别为为 1、2 时时，测出遏止，测出遏止电压电压 U1、U2，由爱因斯坦光电效应方程可得由爱因斯坦光电效应方程可得联立上两式，解得联立上两式，解得其中其中 e 为为电子的电量，电子的电量，测出测出 U1与与 U2就就可测出普朗克常量可测出普朗克常量101hWeU 202hWeU 1212UUhe 实验步骤：实验步骤：(1) 将图电路图将图电路图电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最电源正负对调，滑动变阻器滑动触头滑至最左边，用频率左边，用频率为为 1 的的光照射，此时电流表中有光照射，此时电流表中有电流电流; 将将滑

19、动变阻器滑动触头缓慢右滑滑动变阻器滑动触头缓慢右滑，同时同时观察电流表，当观察电流表，当电流表示数为零时，停止滑动电流表示数为零时，停止滑动。记下伏特表的示记下伏特表的示数数U1 。(2) 用用频率频率为为 2的的光照射，光照射，重复重复(1)的的操作，记下伏特表的示操作，记下伏特表的示数数U2。 (4) 多次多次测量取平均值。测量取平均值。(3) 应用应用 计算计算 h。1212UUhe 有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。有了坚定的意志，就等于给双脚添了一对翅膀。一个人的价值在于他的才华，而不在他的衣饰。一个人的价值在于他的才华，而不在他的衣饰。生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。生活就像海洋，只有意志坚强的人，才能到达彼岸。读一切好的书，就是和许多高尚的人说话。读一切好的书，就是和许多高尚的人说话。最聪明的人是最不愿浪费时间的人。最聪明的人是最不愿浪费时间的人。