人教版（2019）高中物理选修性必修第三册第4章第2节光电效应教学设计第一课时

4.2光电效应教学设计

课题光电效应第一课时单元4学科物理年级选修三

物理观念：知道什么是光电效应。

科学思维：通过实验了解光电效应的实验规律。

学习科学探究：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物

目标理问题，验证物理规律。

科学态度与责任：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。

重点光电效应的实验规律

难点光电效应的实验规律

教学过程

教学环节教师活动学生活动设计意图

导入新课

观看视用视频播放

频。了解光电学生未曾见过的

效应现象。现象，吸引学生

注意力，引出新

课。

播放光电效应的相关视频。

讲授新课一.光电效应的实验规律

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根据视频

为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌中演示的现总结什么是

板，则验电器的指针张角会变大。象，理解什么光电效应规律，

表明锌板在射线照射下失去电子而带正电是光电效应。知道什么是光电

当光线（包括不可见光）照射在金属表面时，子。

金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的

电子称为光电子。

光电子定向移动形成的电流叫光电流。

思考1：在如图所示的电路中灵敏电流计会有

示数吗？

小组讨

论，解决问题。以问题的形

式讲解新知识，

促进学生的交

流，增强学生学

习的自主性。

思考2：当有光照射阴极K时回路中会有电流

吗？

思考3：为什么要加正向电压？不加正向电压

电路中有电流吗？

分析解答：光束照在阴极K上会发生光电效应

对学生的回

现象，但只有极少的电子能到达阳极A，电路中电

答内容进行点评

流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的

和归纳，总结出

作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压

更符合问题题意

的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。

分析讨论的答案。

思考4：保持光照条件不变，逐渐加大两极之

问题。

间的电压，大家分析光电流会怎样变化？

（1）存在饱和电流

根据思考根据思考问

光照不变，增大UAK，G表中电流达到某一值

问题总结实验题总结实验规

后不再增大，即达到饱和值。

规律。律。

因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。

实验表明：

入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射

的光电子数越多。

思考5：保持光照条件不变，对调电源的正负

极，逐渐加大两极之间的电压，大家分析光电流会

怎样变化？

(2)存在遏止电压

U=0时，I≠0，因为电子有初速度结合带电

粒子在电场中通过对光电

的受力情况分子的受力和运动

析光电子的受情况分析，明确

力情况。什么是遏止电

压。

加反向电压，如右图所示：

光电子所受电场力方向与光电子速度方向相

反，光电子作减速运动。若

则I=0，式中UC为遏止电压

思考6：对刚才的实验，加了遏止电压后，如

果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减

弱光的强度，遏止电压会减小吗？

明确截止通过实验现

评率的概念。象总结实验规

律。

实验表明:对于一定颜色(频率)的光,无论光

的强弱如何,遏止电压是一样的.光的频率ν改变

时，遏止电压也会改变。

光电子的能量只与入射光的频率有关，与入射

光的强弱无关。

(3)存在截止频率

经研究后发现：对于每种金属，都相应确定的

截止频率νc。

当入射光频率ν>νc时，电子才能逸出金

属表面；

当入射光频率ν<νc时，无论光强多大也

无电子逸出金属表面。

(4)具有瞬时性

实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要了解光电了解光电效

入射光频率大于被照金属的极限频率，电流表指针效应的瞬时应的瞬时性。

也几乎是随着入射光照射就立即偏转。性。

更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间

不超过10－9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬

时发射”）。

光电效应在极短的时间内完成

观看实验实验总结观

视频。点效应的规律。

勒纳德等人通过实验得出以下结论：

①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光电效应；

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；

③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，

只随着入射光的频率增大而增大；

④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是

瞬时的，一般不超过10-9秒.

二.光电效应解释中的疑难

思考7：人们知道，金属中原子外层的电子会

脱离原子而做无规则的热运动。但在温度不很高思考讨论引出“逸出

时，电子并不能大量逸出金属表面，这是为什么呢?问题。功”的概念。

温度不很高时，电子不能大量逸出，是由于受

到金属表面层的引力作用，电子要从金属中挣脱出

来，必须克服这个引力做功。

使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这

种金属的逸出功。

当光照射金属表面时，电子会吸收光的能量。

若电子吸收的能量超过逸出功，电子就能从金属表

面逸出，这就是光电子。光越强，逸出的电子数越

多，光电流也就越大。

这些结论与实验相符。

①光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏

止电压UC应与光的强弱有关。

②不管光的频率如何，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

让学生了解

率。

阅读材实验结论与经典

③如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需

料，了解实验波动理论的不符

几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需

结论与经典波之处，引导学生

的能量，这个时间远远大于10-9S。

动理论的不符学习下一课时新

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无

之处。内容。

法用经典的波动理论来解释光电效应。

课堂练习1、利用光电管研究光电效应实验如

图所示,用频率为ν的可见光照射阴极K,电流表中

有电流通过,则()

完成课堂

练习。

A.用紫外线照射,电流表不一定有电流通过

B.用红光照射,电流表一定无电流通过

C.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器的

滑动触头移到A端时,电流表中一定无电流通过

D.用频率为ν的可见光照射K,当滑动变阻器的

滑动触头向B端滑动时,电流表示数可能不变

解析：因紫外线的频率比可见光的频率高,所以

用紫外线照射时,电流表中一定有电流通过,选项A

错误。因不知阴极K的截止频率,所以用红光照射时,

也可能发生光电效应,所以选项B错误。即使UAK=0,

电流表中也可能有电流通过,所以选项C错误。当滑

动触头向B端滑动时,UAK增大,阳极A吸收光电子的

能力增强,光电流会增大,当所有光电子都到达阳极

A时,电流达到最大,即饱和电流,若在滑动前,电流已

经达到饱和电流,那么即使增大UAK,光电流也不会

增大,所以选项D正确。

答案：D

拓展提高1、下列利用光子说对光电效应的解释正确的完成拓展巩固所学知

是()提高。识。

A.金属表面的一个电子只能吸收一个光子

B.电子吸收光子后一定能从金属表面逸出,成

为光电子

C.金属表面的一个电子吸收若干个光子,积累

了足够的能量才能从金属表面逸出

D.无论光子能量大小如何,电子吸收光子并积

累能量后,总能逸出成为光电子

解析：根据光子说,金属中的一个电子一次只

能吸收一个光子,只有所吸收的光子频率大于金属

的截止频率,电子才能逃离金属表面,成为光电子,

且光子的吸收是瞬时的,不需时间的积累,故只有

选项A正确。

答案：A

2、电器指针原来是闭合的,现让紫外线灯发出

的光照射锌板,发现验电器指针张开了,则()

A.验电器的指针带了正电

B.该实验表明光是一种电磁波

C.增强紫外线灯的发光强度,指针张角会增大

D.红光照射锌板,验电器的指针张角一定会变

得更大

解析：用紫外线灯照射锌板时,验电器指针发生

了偏转,可知发生了光电效应,电子从锌板中逸出,此

时锌板失去电子带正电,故A正确。光是一种电磁波,

但本实验无法得出此结论,故B错误。紫外光越强,

单位时间内逸出的光电子数目越多,则带电荷量越

大,所以验电器的指针偏角越大,故C正确。因为红

光的频率小于紫外线的频率,用红光照射,不一定发

生光电效应,故D错误。

答案：AC

3、(2020江苏盐城期末)如图所示,当光照射到

光电管时,灵敏电流计指针没有发生偏转,检查电路

没有发现断路情况,各元件也