《第一节 光电效应 光子说》导学案

《第一节光电效应光子说》导学案班次：组号：姓名：【学习目标】知识与能力目标：理解光电效应现象和光子说的基本概念；能运用光子说解释光电效应的实验规律。过程与方法目标：通过分析光电效应的实验现象，学会归纳总结规律的方法；通过对比经典电磁理论和光子说对光电效应的解释，提高逻辑思维能力。情感态度与价值观目标：感受科学家探索微观世界的艰辛与智慧，培养对科学研究的兴趣和尊重科学的态度。【学法指导】预习探究、小组讨论、实验观察、对比分析、总结归纳【重、难点】重点：1、光电效应的实验规律。2、光子说的内容及其对光电效应的解释。难点：1、理解光子能量与频率的关系。2、如何运用光子说解释光电效应中存在极限频率等现象。【课前检测】1、光电效应是指（）A.金属在光照下发射电子的现象B.金属在加热下发射电子的现象C.金属在通电下发射电子的现象D.金属在磁场作用下发射电子的现象2、关于光电效应，下列说法正确的是（）A.只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应B.从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小C.极限频率越大的金属材料逸出功越大D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多3、以下关于光子说的叙述，正确的是（）A.光子说就是牛顿提出的微粒说B.光子说认为光是一份一份不连续的能量，每一份叫一个光子C.光子说认为光的能量是连续的，可以取任意值D.光子说成功解释了光的干涉和衍射现象【知识链接】一、光电效应的发现之旅在19世纪末的时候啊，科学家们都在忙着探索各种奇妙的物理现象。有个叫赫兹的科学家，他在做电磁实验的时候，意外地发现了一个超级有趣的现象。他发现当用紫外线照射两个金属电极的时候，电极之间就很容易产生电火花。这就像是你在黑暗中摸索，突然发现了一个神秘的开关，打开了一扇通往新物理世界的大门。当时的科学家们都很疑惑，按照经典的电磁理论，这个现象似乎有点难以解释。这就好比你一直用一种习惯的方式去理解一个东西，突然这个东西做出了不符合你理解的行为，你是不是也会觉得很奇怪呢？于是，更多的科学家就开始投入到对这个现象的研究当中，这个现象就是我们现在所说的光电效应。二、经典电磁理论的困境经典电磁理论在解释光电效应的时候，就像是一个迷路的人在森林里乱转。比如说，按照经典理论，只要光足够强，不管光的频率是多少，都应该能打出电子来。可是呢，实验结果却不是这样的。在实验中发现，每种金属都有一个极限频率，只有当光的频率大于这个极限频率的时候，才能发生光电效应。这就好比你有一把特殊的钥匙，只能开特定频率的锁一样。而且，经典理论还不能解释光电效应发生的时间极短这个现象。这就好像经典理论这个工具，在光电效应这个大工程面前，有点力不从心啦。【学习过程】一、导入咱们先来讲个小故事哈。有个叫小明的同学，他特别喜欢捣鼓一些小电器。有一天，他拿着一个小金属片，在阳光下摆弄，他就想啊，这金属片在阳光下会不会有什么特别的反应呢？他突然就想到了他在物理课上学到的光电效应。这就像我们在生活中，总会突然把学到的知识和实际的东西联系起来一样。那光电效应到底是怎么一回事呢？今天我们就来好好研究研究。二、点评学案完成情况1、表扬那些认真完成课前检测的同学，给大家分享一下做得好的地方，比如对概念的理解比较准确。2、指出大家普遍存在的问题，像是对某些概念容易混淆之类的。三、明确本堂课的任务目标同学们，今天这堂课啊，我们就像是一群探险家，要去探索光电效应和光子说的神秘世界。我们要搞清楚光电效应的实验到底是怎么做的，会出现哪些奇妙的现象，还有光子说这个神奇的理论是怎么来的，又怎么能够解释光电效应的这些现象。这就像是我们要去解开一个超级复杂的谜题一样，是不是很有趣呢？四、光电效应的实验探究1、实验装置介绍同学们，想象一下，我们面前有一个很精致的实验装置。这里有一个金属板，就像一块小小的金属陆地，还有一个光源，这个光源就像是太阳，能发出各种各样的光。还有一些测量仪器，就像是精密的小侦探，能探测到电子的情况呢。2、实验现象观察（1）改变光的强度我们先让光源发出光，然后慢慢改变光的强度。这时候我们会发现一个很奇怪的现象。当光的频率低于某个值的时候，不管我们把光的强度调得多大，都没有电子从金属板上跑出来。这就像是你怎么用力敲门，门就是不开一样，是不是很奇怪呢？（2）改变光的频率然后我们再改变光的频率。当光的频率达到某个特定的值之后，哪怕光的强度很弱，也会有电子从金属板上跑出来。而且啊，随着光频率的增加，跑出来的电子的能量也会增加。这就像是你找到了正确的密码，轻轻一按，门就开了，而且门开得越大（电子能量越大），密码越复杂（光的频率越高）呢。3、光电效应的实验规律总结（1）存在极限频率：每种金属都有一个极限频率，只有当入射光的频率大于这个极限频率的时候，才能发生光电效应。这就好比每种金属都有自己的个性，只有满足它的特定要求（频率大于极限频率），它才会把电子这个小宝贝放出来。（2）瞬时性：光电效应的发生几乎是瞬时的，只要光的频率大于极限频率，光照到金属上，几乎马上就有电子逸出。这就像你按下开关，灯几乎立刻就亮了一样迅速。（3）光电流与光强的关系：在能发生光电效应的情况下，光电流的强度与入射光的强度成正比。这就好像你给工人的报酬（光强）越多，愿意出来干活（产生光电流）的工人（电子）就越多。五、小组讨论：经典电磁理论的解释与实验矛盾之处1、分组同学们分成几个小组，就像组成几个小探险队一样。每个小组大概四五个人，大家可以自由组合，但是要保证每个小组都有积极发言的同学哦。2、讨论内容每个小组讨论一下经典电磁理论在解释光电效应实验现象的时候，到底哪里出现了问题。就像我们一起找一个迷路的人的错误路线一样。3、小组展示每个小组派一个代表来分享一下你们小组的讨论结果。比如说，有的小组可能会说经典理论认为光强足够大就能打出电子，但是实验表明有极限频率的限制，这就是矛盾的地方。六、光子说的提出1、爱因斯坦的智慧之光这时候啊，爱因斯坦就像一个超级英雄一样出现了。他提出了光子说。他认为光不是像以前认为的那样是连续的能量，而是一份一份的，每一份就叫做一个光子。这就好比把一大袋糖果分成了一小包一小包的，每一小包就是一个光子。2、光子能量与频率的关系光子的能量是和它的频率有关系的，这个关系就是光子的能量等于普朗克常量乘以频率，也就是E=hν（这里的E就是光子能量，h是普朗克常量，ν是频率）。这就像是不同颜色（频率）的糖果包，里面的糖果能量（光子能量）是不一样的。七、光子说对光电效应的解释1、极限频率的解释根据光子说，光子的能量要足够大才能把电子从金属中打出来。如果光子的能量小于金属的逸出功（这个逸出功就像是把电子从金属这个小房子里拉出来需要的最小力气），那就没办法把电子打出来。而光子能量和频率有关，所以就存在一个极限频率，当光的频率对应的光子能量等于逸出功的时候，这个频率就是极限频率。这就好比你要搬一个很重的东西，你力气不够（光子能量小于逸出功）就搬不动，只有力气达到一定程度（频率达到极限频率）才能搬得动。2、瞬时性的解释光子打在金属上的时候，是一个光子和一个电子相互作用。只要光子的能量足够大，这个相互作用是瞬间完成的，所以光电效应的发生是瞬时的。这就像一颗子弹（光子）击中一个目标（电子），只要子弹的力量足够，就能立刻把目标击中，不存在慢慢积累力量的过程。3、光电流与光强关系的解释光强越大，说明单位时间内的光子数目越多。光子数目越多，能打出的电子就越多，所以光电流就越大。这就像你请的工人越多（光子数目越多），能完成的工作量（光电流）就越大。八、合作探究，小组展示1、探究光子说与经典电磁理论的本质区别（1）小组讨论各小组讨论光子说和经典电磁理论在本质上到底有哪些不一样的地方。（2）展示与交流小组代表发言，比如说光子说认为光的能量是不连续的，而经典电磁理论认为光是连续的能量波之类的区别。2、探究影响光电效应中光电子最大初动能的因素（1）小组讨论同学们在小组里讨论，到底哪些因素会影响光电子的最大初动能呢？（2）展示与交流小组代表可能会说根据光子说，光电子的最大初动能等于光子能量减去金属的逸出功，所以光子的频率和金属的逸出功会影响光电子的最大初动能。九、课堂小结同学们，今天我们就像是经历了一场奇妙的物理之旅。我们从光电效应的发现开始，看到了经典电磁理论在解释这个现象时的困境，然后跟着爱因斯坦的脚步，走进了光子说的神奇世界，并且用光子说成功地解释了光电效应的各种实验规律。这就像是我们在一个迷宫里，从迷茫到找到出口一样，是不是很有成就感呢？十、当堂演练：1、一束光照射到金属板上，发生了光电效应。如果增大光的强度，下列说法正确的是（）A.逸出的光电子的最大初动能增大B.逸出的光电子的最大初动能不变C.单位时间内逸出的光电子数目减少D.单位时间内逸出的光电子数目不变2、对于某种金属，当入射光的频率为ν时，产生的光电子的最大初动能为Ekm。当入射光的频率变为3ν时，产生的光电子的最大初动能为（）（已知普朗克常量为h，金属的逸出功为W0）A.3EkmB.Ekm+2hνC.Ekm-2hνD.Ekm+hν3、某金属的逸出功为W0，用波长为λ的光照射该金属，能产生光电效应。则该光的频率为（）（已知光速为c）A.W0/hB.c/λC.W0/h+c/λD.c/λ-W0/h十一、作业1、复习光电效应和光子说的相关知识，制作一个思维导图。2、查阅资料，了解光电效应在现代科技中的应用，写一篇小短文介绍。十二、学后反思我的收获：1