1、21-1 光电效应、光子【教学目标】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。【重点、难点分析】1、光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点。2、难点（1）对光的强度的理解，（2）发生光电效应时，为什么光电子数只与入射光的强度成正比（3）光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关。【教具】锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪【主要
2、教学过程】一、新课的引入光的干涉、衍射说明光是一种波，而光的偏振说明光是一种横波。麦克斯韦的预言和赫兹的证明更说明了光是电磁波，它包括红外线、可见光、紫外线、伦琴射线等。若光波的波长越长，衍射现象越明显；波长越短，衍射现象不明显，可认为接近直线传播。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1885年，赫兹偶然发现光的电子现象，用波动说和粒子说都无法解释，这使得光的电磁说遇到了不可克服的困难。这就是有名的光电效应实验。二、教学过程的设计演示光电效应实验：锌板被光照后，用玻璃棒检验验电器带正电，说明从锌板表面上发射出一些带负电的粒子，使得锌板带上正电。因光使物体带电，叫光电效
3、应。在当时看来，人们并不知道发射出来的是什么粒子，直到1897年，汤姆生发现电子之后，这才使得光电效应发展更为完善。1、光电效应在光（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。发射出来的电子叫光电子。光电效应实质：光现象转化为电现象。那么，具备哪些条件才可能发生光电效应呢？所以，我们可以选用不同频率的光照射，进一步用实验来验证。因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，故在外加一反向电场，即网罩，使电子不能返回去。实验一、用可见光照，不发生光电效应；实验二、用红外灯照，不发生光电效应；
4、实验三、用紫外灯照（波长为254nm）,发生光电效应。教材：弧光灯：发出的是紫外线，且打开灯的瞬间，就有很大的电流。而赫兹还没来得及总结，因年早逝。后来由它的学生勒纳德总结出光电效应的规律。2、光电效应的规律对光电效应的研究，得出如下结论（1）任何一种金属，都存在一个极限频率，当，无论光有多弱，都能发生光电效应；当，无论光有多强，都不能发生光电效应（即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只随入射光频率的增大而增大（线性关系），与入射光的强度无关（动能介于0- 之间）；（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的（ t10-9秒）；（4）当入射光频率
5、大于极限频率时（即），光电流的强度与入射光强度成正比。入射光强度：指单位时间内入射在金属单位面积上的光子总能量。在入射光频率不变的情况下，光强度与光子数成正比。光电流I：单位时间发生的光电子形成的电流（即电子个数）。这就是光电效应规律。 波动说能解释第（4）点：如果入射光频率较高但强度不大，则说明每秒钟入射的光子数少。尽管每个光电子初动能较大，但每秒钟到达极板A的光电子电量总和不大，因而也就不能形成较强的光电流。但不能解释前三点。如按照波动理论，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
6、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。1902年，勒纳德正式将光电效应规律发表，但他的无法解释已成为悬案。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，理论计算的结果才能跟实验事实完全符合。普朗克恒量h=6.6310-34JS。不过他的提出没有依据，所以提出后很后悔。爱因斯坦在上述学说的启发下,记录下来，于1905年提出光子说。3、光子说指出：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简单的正比关系：。 若
7、光子都是一份一份的，则光电效应能得到很好的解释。4、爱因斯坦对光电效应的解释电子要打出，需克服金属的引力做功而获得动能：其中，为金属的逸出功。这就是有名的爱因斯坦光电效应方程。（1）由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能是一份一份的吸收光子的能量，而且这个传递能量的过程只能是一个光子对一个电子的行为。如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原子的束缚，就不能发生光电效应；（2）由知，最大初动能随增大而增大，它们是线性关系而不成正比；（3）电子吸收能量是一份一份吸收，吸收时间短，不需积存，吸收能量后的瞬间就挣脱束缚，故时间短；（4）光强度越大，单位时间打在金属板上的光
8、子数目就越多，从金属表面打出来的电子数目就越多，即光电流强度越大。 由于光子说的提出，爱因斯坦于1921年获诺贝尔奖。5、光电效应的应用 （1）将光能量转化成其它能量将太阳能转化为化学能太阳能电池。（2）用来检查光信号（3）光电管光电管：如图所示光电管是利用光电效应把光信号转化为电信号的器件。S为抽成真空的光电管，C是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节。 制成光电管，可将光信号转化为声音信号。如电影，以前需一边放一边配音，现在则不用了，直接得声音信号。 （4）自动化装置、无线电传真和光纤通信技术中。