“光電效應光子”教學設計

（屏幕切換顯示四個標題）

一、赫茲意外發現光電效應

介紹赫茲實驗　動畫顯示赫茲實驗示意圖如圖1所示。1885年，赫茲用如圖1所示的裝置來證實電磁波的存在：電磁波發生器是在兩根銅棒上各焊接一個磨光的黃銅球，另一端各連接一塊正方形鋅板，它們共軸放置，兩球間留有一空隙，它們相當于一個電容器，與感應圈連接，構成了lc電路，感應圈使兩黃銅球聚集大量電荷，從而在空隙間產生電火花，形成高頻振蕩電流，輻射高頻電磁波。與這個回路相距一定距離有電磁波接收器，是用一根粗銅導線彎成一開口的圓環，開口端各焊一黃銅球，之間有可作微調的空隙，這個接收器實際上也是一個lc電路。調節間隙改變接收電路的固有頻率可與發射過來的電磁波產生共振，從而在接收器的空隙間觀察到電火花。

演示赫茲電火花實驗　實驗裝置如圖2所示（實景數碼照片）

介紹赫茲的發現并演示　利用電火花實驗裝置，赫茲測量了電磁波速、進行了研究電磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各種波現象的實驗，大量反復地實驗不但證實了麥克斯韋電磁波理論，同時意外地發現了表明光具有粒子性的一個重要現象：當發射器間隙的火光被阻隔時，原來接收間隙的火花變暗（如圖3所示），而用其他任何火花的光照射到接收器銅球，也能促使間隙發生電火花，進一步研究發現這一現象中直接起作用的是火光中的紫外線，當火花的光照到間隙的負極時，作用最強，這種情況下接收器間隙發生的電火花實際上是紫外線的照射使一極銅球上飛出電子到另一極銅球所形成，赫茲稱之為“紫外光對放電現象的效應”，也就是光電效應。

演示光電效應現象　動畫顯示光電效應演示儀原理如圖4所示，課堂演示，引導學生觀察在紫外線照射下，電流計指示電路中出現了電流。

歸納什么是光電效應

（文字顯示）

在光的照射下物體發射電子的現象，叫做光電效應，發射出來的電子叫做光電子。

二、勒納德研究光電效應現象的規律

引入　赫茲的發現吸引了許多人去深入研究光電效應成因與規律，其中德國物理學家、赫茲的助手勒納德的研究卓有成效。對光電效應的研究方向就是弄清其發生的條件。

介紹勒納德實驗研究原理　動畫顯示勒納德研究光電效應規律的實驗裝置如圖5所示。當入射光照射到光潔的金屬陰極k表面，就有光電子發射出來，若有光電子到達陽極a，電路中就有電流，所以可通過電流計了解用各種光照射陰極k以及對兩極加不同電壓時的光電流，從中摸索規律。

介紹勒納德實驗研究結果　勒納德通過實驗總結出光電效應現象的重要規律：

（文字顯示）

1.對各種金屬都存在著極限頻率和極限波長，低于極限頻率的任何入射光強度再大、照射時間再長都不會發生光電效應。

2.光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大。

3.只要入射光頻率高于金屬的極限頻率，照到金屬表面時光電子的發射幾乎是瞬時的，不超過10-9s。

4.發生光電效應時，光電流的強度與入射光的強度成正比。

光電效應規律性的演示　用如圖4所示的光電效應演示儀演示（1）用紅光、藍光照射鋅板時，不會產生光電流；（2）用玻璃隔斷紫外線時，光電流消失；（3）光電流達到飽和后，改變電壓，光電流不變，改變入射光強度，光電流增大。