高中物理人教版 (新课标)选修32 科学的转折：光的粒子性导学案

课题

17.2光的粒子性

学习目标

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

学习重难点

难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义

重点：光电效应的实验规律

学法指导

预习评价

课堂学习流程设计

【课程导学】

一、光电效应

定义：在照射下从物体发射出的现象，发射出来的电子叫做．

二、光电效应的实验规律

1、认识研究光电效应的电路图

如图，光线经窗口照在阴极K上，便有逸出——光电子。光电子在电场作用下形成。

2、光电效应的实验规律

（1）存在饱和电流

在上图的实验中，保持光照的条件不变，在初始电流较小

的情况下，随着所加电压的增大，光电流，

但是存在一个，即：光电流达到此值以后，即使增加电压，光电流也不再增加。

（2）存在遏止电压

在上图的实验中，即使电压为0，光电流也不为，只有将所加电压反向的时候（在光电管间形成使电子减速的电场），光电流才可能为。使光电流减小到0的反向电压称为，用符号表示。

遏止电压的存在表明：，初速度的上限应该满足关系：。

实验表明：对于一定颜色的光，遏止电压都是，与光照强度，这表明：光电子的能量只与有关，而与无关。

（3）存在截止频率

实验还表明，当入射光的频率减小到某一数值νc时，即使不施加反向电压也没有光电流，这表明已经没有了，这个频率称为，也就是说当：入射光的频率小于时，将不发生光电效应。

（4）光电效应具有瞬时性

当入射光频率超过截止频率νc时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时产生光电流，这个时间不超过。

三、光电效应解释中的疑难

按照经典电磁理论，对于光电效应该如何解释？

还应得出如下的结论：

（1）

（2）

（3）

但是这些结论与观察到的现象不符，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。 

四、爱因斯坦的光量子假设

1、内容：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的组成的。频率为ν的光的能量子为，这些能量子称为。（h为普朗克常量）

2、爱因斯坦光电效应方程在光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，另一部分变为光电子逸出后的。由能量守恒可得出：

W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功。Ek为光电子的最大初动能。

爱因斯坦光电效应方程：

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，可得截止频率：

五、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。

由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔物理学奖。密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。

六、康普顿效应

1、光的散射

光在介质中与物质微粒相互作用，因而，这种现象叫做光的散射。

2、康普顿效应

1923年康普顿在做X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，这个现象称为：

。

3、光电效应和康普顿效应深入的揭示了，前者表明：

，后者表明：

。

七、光子的动量

P=

【范例精析】

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学习反思

布置作业